Gloeilamp

Een gloeilamp is een kunstmatige lichtbron, waarin men een elektrische stroom laat lopen door een gloeidraad of filament uit een elektrisch geleidende stof. De gloeidraad wordt hierdoor verhit. Omdat deze zich in een zuurstofarme omgeving bevindt (een quasi-vaccuüm), verbrandt deze niet dadelijk, maar gaat wel licht 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.

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, wat er voor zorgt dat het rendement erg laag is.

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 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.

Naast Göbel en Edison worden ook de Rus Alexander Lodygin (1872) en de Engelsman Joseph Swan (1878) genoemd als uitvinder van de gloeilamp. De lichtopbrengst van deze kooldraadlampen was echter zo laag dat, met name Duitse wetenschappers, op zoek gingen naar betere gloeidraden. Zo gebruikte Carl Auer von Welsbach gloeidraden van osmium (1902), terwijl Otto Feuerlein en Werner von Bolton tantaal toepasten. Het was echter de Amerikaan William David Coolidge die in 1910 gloeidraden wist te maken van getrokken wolfraam, het metaal met het hoogste smeltpunt.

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.

Rendement

De gloeilamp staat ook bekend om zijn lage rendement. Het rendement is het bruikbaar (zichtbaar) licht dat de lamp produceert per hoeveelheid energie die men 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 wou Australië in 2010 minimumeisen stellen aan het rendement van lampen. In de media werd 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.

Aansluitvoeten

Er zijn drie modellen en in totaal 9 types:

• B (Bajonet)

B22 bajonet

B15 kleine bajonet

B22R Compact

• E schroefdraad (Edison)

E22 schroefdraad Edison

E14 kleine schroefdraad Edison

E10 Dwerg Edison(toegepast in bv fietsverlichting)

E40 Goliath schroefdraad Edison

E27R compact Edison

• S Steekfitting

Er bestaan ook buisvormige gloeilampen met speciale steekfittingen. Ze zijn te verkrijgen in 35 W (30 cm), 60 W (50 cm) en 100 W (100 cm) onder de merknamen Linestra (Osram), Philinea (Philips) en Ralina (Radium). Deze gloeilampen zijn wel zeer energieverslindend en hebben het hoogste energielabel G, hoger dan een gewone gloeilamp die doorgaans energielabel E heeft.

S14D enkele steekfitting

S14S dubbele steekfitting

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.

Afschaffen in de Europese Unie

De Europese Unie besloot in december 2008 dat de verkoop van gloeilampen in Europa vanaf 1 september 2012 zou worden stopgezet.

De Nederlandse minister Jacqueline Cramer van VROM zei op 21 mei 2007 reeds nog tijdens die kabinetsperiode de verkoop van gloeilampen te willen verbieden. De minister erkende dat spaarlampen in aanschaf duurder zijn, maar wees 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 had Australië al bekendgemaakt dat het in 2010 gloeilampvrij wou zijn.

Veel autofabrikanten gebruikten toen al ledverlichting in plaats van de oude gloeilampen, zodat de omstelling zonder problemen verliep. Ook de verlichting achter het dashboard is meestal met leds. Voor fietslampen gold de gloeilamp al als verouderd.

17 februari 2009 werd door de Europese Unie een akkoord bereikt op het verkoopverbod van gloeilampen. Dit houdt in dat de standaard gloeilamp zoals in dit artikel beschreven na 2012 niet langer verkocht wordt voor gebruikelijke verlichtingsdoeleinden. Er zullen altijd speciale toepassingen zijn waarbij de opgewekte warmte (die nu als verlies gezien wordt) juist noodzakelijk is. Denk hierbij aan toepassing in terraria of in lava-lampen.

De verkoop van de meeste typen halogeenverlichting blijft tot 2016 toegestaan. Daarna zou het standaard consumptief gebruik ervan ontmoedigd worden door de oplegging van verhoogde accijnzen. De halogeenlamp zal echter niet eerder volledig uitgebannen kunnen worden dan dat er een alternatief wordt gevonden met een vergelijkbare goede kleurweergave-index. Gloeilicht geeft als enige verlichtingsvorm een continue spectrum dat noodzakelijk is bij alles dat kleurecht uitgelicht moet worden, zoals bij fotografie en film, etalages, musea, ateliers, modeshows, etc.

Toch zouden deze maatregelen een belangrijk milieutechnisch verschil uitmaken. Berekend werd dat de CO₂-uitstoot met 15 miljoen ton per jaar zou verminderen. Het bespaart Europa uiteindelijk meer dan 40 miljard kilowattuur per jaar aan energie. Dat is vergelijkbaar met het totale elektriciteitsverbruik van 10 miljoen huishoudens.

De nieuwe gloeilamp

Het afschaffen van de gloeilamp omdat deze niet efficiënt genoeg was, betekende niet haar stille dood. Zo werkten wetenschappers raan om de gloeilamp efficiënter te maken. In een nieuw model met de naam MIT, zit e gloeidraad tussen twee dunne glasplaatjes die voorzien zijn van uiterst dunne laagjes silicium- en tantaloxide. De infraroodstraling wordt daarop gereflecteerd, terwijl het zichtbare lucht doorgelaten wordt. In de plasts van de omgeving te verwarmen, zorgt de gereflecteerde warmtestraling ervoor dat de gloeidraad nog meer verhit wordt en spaart op die manier energie. Volgens het onderzoeksteam stijgt de effectieve omzetting van energie naar licht bij dit prototype reeds met 15%, waardoor deze duidelijk effectiever is dan led-lampen.

Trivia

Langere levensduur

In het televisieprogramma "Zo zit dat" (Nederland 2) werd gesuggereerd dat men in landen waar men gebruik maakt van 110 volt voordeliger zou 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 zo lang meegaan, omdat deze zwakker brandt dan zou moeten. Deze bewering is echter foutief. In de eerste plaats is het vermogen („aantal watts”) kwadratisch afhankelijk van de spanning waarop de lamp wordt aangesloten (vermogen = spanning × stroom, met een halvering van de spanning halveert ook de stroom). Ten tweede 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). Ten slotte 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.

De langst brandende gloeilamp

De langst brandende gloeilamp hangt in een brandweerkazerne in Livermore (Californië). Zij brandt al sinds 1901 (108 jaar) met een kleine onderbreking toen zij naar de nieuwe centrale werd verhuisd. Ze heeft een eigen stroomvoorziening van 120 volt.

Varia

• De gloeilamp wordt wel in stripverhalen als symbool gebruikt om aan te geven dat iemand een „lichtje opgaat”.
• In Donald Duck is Lampje een bekende stripfiguur: een klein lampje met armpjes en beentjes, het hulpje van Willie Wortel, de bekende uitvinder in Duckstad.
• Een gloeilamp wordt ook wel een peertje genoemd.
• Aan het begin van het gloeilamptijdperk tussen 1905 en 1915 was elektrisch licht veel duurder dan gaslicht. Om te tonen dat men zich elektrisch licht kon permitteren werden de gloeilampen daarom open getoond. In het Hotel des Indes in Den Haag is dit nog goed te zien.
• De wintertuin van Hotel Krasnapolsky in Amsterdam werd in 1882 als één van de eerste gebouwen in Nederland voorzien van elektrisch gloeilamplicht.
• De eerste installaties hadden een eigen dynamo. De eerste openbare elektriciteitscentrale in Nederland werd gebouwd in Kinderdijk in 1886 door Willem Benjamin Smit en voorzag 295 gebouwen in Nieuw-Lekkerland en Alblasserdam van stroom.

Zie ook

• Brandraam
• Spaarlamp

Bronvermelding

• Technisch Weekblad, 6 augustus 2004: Göbels gloeilamp is de oudste

  Zie ook de categorie met mediabestanden in verband met Incandescent light bulbs op Wikimedia Commons.

Lampen