SEMINARSKI RAD IZ ELEKTRONIKE
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ELEKTRO OSVETLJENJESvetlost u svim njenim formamama, prigušena, smirujuća, prenaglašena
ili napadna, predstavlja neophodan element kada je u pitanju dizajn enterijera
i eksterijera. Ključna tačka mnogih arhitektonskih i dizajnerskih rešenja
je osvetljenost na nov i drugačiji način. Svetlost koja je sposobna da
objektima i ambijentu daje posebne vrednosti, danas je svakako važna. 2. SVETLOSTSvetlost je deo spektra elektromagnetnog zračenja iz opsega talasnih
dužina vidljivih golim okom. Zbog različitog biološkog sastava oka čovek i životinje ne vide određenu
boju isto. To je razlog što se za jačinu svetlosti, osim fizičke jedinice
vat (Watt) upotrebljava i fiziološka jedinica lumen (lm).
|
- Staklo - Lim - Bakar - Kalaj - Živa - Olovo - Antimon - Barijum |
- Arsen - Itrijum - Jedinjenja fosfora - Cink-berilijum-silikat - Kadmijum-bromid - Jedinjenja vandijuma - Torijum - Plastika. |
Živa je izuzetno toksičan element, ali i tehnološki neizbežan sastojak
svake kompakt-fluo sijalice u količinama do (dozvoljenih) 5 mg.
Kvalitetne sijalice renomiranih proizvođača sadrže manje žive (1-2 mg),
ali su one značajno skuplje.
Realnost je da će se većina korisnika, primoranih na kupovinu kompakt-fluo
sijalica usled zabrane klasičnih sijalica, odlučivati za jeftinije varijante
- sa većim sadržajem žive.
Mnoge tragične događaje su izazvala baš organska jedinjenja žive.
U prirodi se olovo najčešće javlja u vidu sulfida, PbS, kao ruda galenit.
Prženjem se ruda prevodi u oksid čijom redukcijom nastaje sirovo olovo.
Sirovo olovo sadrži: bakar, antimon, arsen, bizmut, cink, sumpor, kalaj,
srebro i zlato.
Prečišćavanjem sirovog olova (najčešće elektrolitičkim putem) dobija se
čisto olovo plavičastobele boje, samo na svežem preseku je metalnog sjaja,
no brzo potamni od stvorenog sloja oksida i baznog olovo(II) karbonata
Pb(OH)2*2PbCO3, koji ga štite od dalje oksidacije. To je mekmetal, velike
gustine i niske temperature topljenja.
Antimon (Sb, latinski - stibium) je element koji spada u polumetale (metaloide).
Postoje četiri alotropske modifikacije antimona. U stabilnoj modifikaciji,
to je sivi metaloid sa srebrenastim sjajem. Specifična težina mu je 6,697
g/cm3, a tačka topljenja 630,63oC. Dosta je redak element, retko se javlja
u elementarnom stanju.
Najčešće se nalazi u rudama. Rude antimona su: antimonit (Sb2S3) i ulmanit
(NiSbS).
Akutno trovanje antimonom manifestuje se simptomatologijom iritacije gornjih
i donjih disajnih puteva i ezofago-gastrointestinainog trakta, hemolitičnim
i hemoralgičnim sindromom respiratornog, digestivnog i urinarnog trakta.
Hronično trovanje manifestuje se glavoboljom. mialgijama, malaksalošću.
vrtoglavicom, a takođe podstiče i simptome hroničnog kataralno-iritativnog
sindroma sluzokože respiratornog i digestivnog trakta.
Eksperimentaino i u humanoj patologiji je utvrdeno da su trovalentna jedinjenja
antimona toksičnija od petovalentnih.
Barijum (Ba, lat. barium) je zemljoalkalni metal IIA grupe. Ime je dobio
po grčkomnazivu za reč težak. Mineral barijuma je barit (BaSO4).
Soli barijuma su toksične. Ne rastvara u želudačnoj kiselini.
Barijum je u elementarnom stanju metalno sjajan srebreno-bijele boje.
U prirodi se javlja većinom u spojevima zbog svoje visoke reaktivnosti.
Barijum je čvrsti, paramagnetični zemnoalkalni metal, čiji kristali imaju
kubičnu prostorno-centriranu rešetku. Po hemijskim osobinama sličan je
kalcijumu i ostalim zemnoalkalnim metalima.
Burno reagira s vodom i kiseonikom i rastvara se u gotovo svim kiselinama,
osim u koncentriranoj sumpornoj kiselini.
Zbog svoje reaktivnosti, mora se čuvati u zaštitnim tekućinama. Njegova
specifična težina je 3,62 g/cm3(pri 20oC), tačka topljenja 727 °C, a tačka
ključanja 1640 °C.
Upotrebljava se sa cink sulfidom kao pigment u obliku barijum sulfata.
Ovaj pigment se naziva litopon i ima dobru pokrovnu sposobnost. Barijum
sulfat se također upotrebljava u rendgenskoj dijagnostici i proizvodnji
stakla.
Arsen je (As, latinski - arsenium) je metaloid VA, grupe. Ima četiri
izotopa: 73, 74, 75 i 76, od kojih je postojan samo 75.[2]
Njegova jedinjenja su bila poznata još u antičko doba.
U čistom obliku prvi ga je izdvojio alhemičar Albert Veliki u XII-om veku,
mada na to otkriće pretenduju i stariji arapskialhemičari i kineski narodni
lekari.
Sigurno najpoznatije jedinjenje arsena je vrlo toksičan As2O3.
Netoksične soli arsen(V) su sastojci pesticida, kao i dodaci staklu dajući
mu zelenkastu boju.
Biološki značaj – nekoliko enzima koji su neophodni za život sadrže arsen.
Arsen je jedan od mikroelemenata i njegova minimalna dnevna količina je
veoma niska 0,04 miligrama.
Soli arsen(III) su veoma otrovne i izazivaju
rak.
Smrtonosna doza iznosi 50 miligrama.
Soli arsen(V) su neotrovne ali imaju jako baktericidno dejstvo. Ipak unošenjem
velikih količina one se nagomilavaju u organizmu i redukuju se do toksičnih
soli arsen(III).
Arsen poseduje dve alotropske modifikacije: prva modifikacija- alfa je
krh metal, koji burno reaguje sa vodom. Druga modifikacija- beta je zlatne
boje, mnogo manje reaktivna od alfa modifikacije. Čist arsen se dodaje
nekim legurama čelika, a i dodaje se silicijumu u električnoj industriji.
Arsen gradi dva oksida:
Arsen (III)-oksid (As2O3) - Poznatiji je i po nazivu arsenik. Industrijski
je najvažnije jedinjenje arsena. Dobija se prženjem neke arsenove rude,
najčešće arsenopirita:
Ima odlike bezbojne staklaste mase koja stajanjem postaje neprozirna.
Jak je otrov, ali se i u malim količinama upotrebljava kao lek. U vezi
sa njim su osnovane neke spekulacije u vezi sa smrću Napoleona Bonaparte.
Kisele i bazne osobine ovog oksidasu slabo izražene. Arsenatna kiselina,
koja se gradi dejstvom vode na arsen (III)-oksid, pokazuje slabo kiselu
reakciju. Prema tome, arsen (III)-oksid je amfoteran oksid, ali sa jače
izraženim kiselim osobinama.
Arsen (V)-oksid (As2O5) - Dobija se kada se arsenikovoj kiselini oduzme
voda. Kada se arsenatna kiselina zagreva 2 sata na oko 210°C dobija se
ovaj arsenov oksid kao bela, staklasta čvrsta supstanca koja se rasplinjuje:
Pri zagrevanju, raspada se na arsen (III)-oksid i oslobađa se kiseonik.
Lako je rastvoran u vodi, stvarajući arsenatnu kiselinu. Poznato je nekoliko
arsenata od kojih industrijski značaj ima kalcijum-arsenat (Ca3(AsO4)2),
koji su upotrebljava za uništavanje štetočina i natrijum arsenat, Na2HAsO4•12
H2O koji se upotrebljava pri štampanju pamučnog platna.
Arsenitna kiselina (H3AsO3) - Gradi molekul piramidijalnog oblika sa OH
grupamavezanim za arsen. Slaba je kiselina. Opasnija je u svom anhidridu.
Arsenatna kiselina (H3AsO4) - Bezbojna slaba kiselina. Industrijske svrhe
ove kiseline su veoma ograničene zbog njene otrovnosti. Ima ulogu u oblaganju
nekih drva i za nekepesticide. Korišćena je i protiv tripanozome, uzročnika
bolesti spavanja. Ova upotreba nije bila veoma praktična zbog velike količine
potrebne za dezinfikaciju, koja bi odala toksične posledice.
Itrijum (Y, latinski ytrium) - je metal IIIB grupe.
Ima 32 izotopa čije se atomske mase nalaze između 80-99. Postojan je samo
Otkriven je 1794 godine od strane J. Gadolina u Finskoj.
To je jedan od četri elemenata koji su dobili imena po Švedskim gradovima.
Gradi hidride, okside, fluoride i hidrokside. Hidridi itrijuma se koriste
kao vrlo jaka redukciona sretstva.
Biološki značaj - pretpostavlja se da izaziva
rak.
U čistom obliku itrijum je srebrnosiv metal. Na njegovoj površini se stvara
postojan sloj oksida, kao i kod aluminijuma. Njegove hemijske osobine
podsećaju na magnezijum. Lako se pali ali ne sam od sebe. Sa vodom reaguje
veoma sporo gradeći hidroksid. U čistom obliku se koristi kao jedan od
elemenata u proizvodnji televizijskih ekrana. Lampe od legure itrijuma
sa Volframom se koriste u rendgenografiji.
Fosfor (P, lat. phosphorus, što znači nosilac svetlosti) je hemijski
element koji ima simbol P i atomski broj 15. On je viševalentan nemetal
iz VA grupe. Često se nalazi u neorganskim fosfatnim kamenovima.[2]
Zbog velike reaktivnosti, fosfor se ne nalazi slobodan u prirodi. Jedan
oblik fosfora (beli fosfor) emituje bledo svetlucanje u prisustvu kiseonika
(otuda grčki naziv).
Fosforne smeše se koriste i u eksplozivima, nervnim agentima, pirotehnici,
pesticidima,pastama za zube i deterdžentima.
Fosfor se može pronaći u više alotropskih modifikacija, najčešće beli,
crveni i crni.
Beo fosfor (Р4) ima 4 atoma raspoređena kao u temenima tetraedra što uzrokuje
nestabilnost. Sastoji se od šest veza. Beo fosfor je žut, sjajan i transparentan.
Zato se još naziva i žut fosfor. Sija zeleno u mraku (u prisustvu kiseonika),
jako je zapaljiv i piroforičan (samo-zapaljiv) u prisustvu sa vazduhom
kao i otrovan. Miris njegoveoksidacije je karakterističan, nalik belom
luku, a uzorci su najčešće obavijeni sa belim (di)fosfornim pentoksidom,
koji se sastoji od P4O10 koji ima atome fosfora kao u temenima tetraedra
sa atomima kiseonika umetnutim između njih i na njihovim vertikalama.
Beli fosfor nije rastvorljiv u vodi.
Beo alotrop (Beo fosfor) može se napraviti koristeći različite metode.
U jednoj, kalijum fosfatom, koji je dobijen iz fosfornog kamenja, koji
je grejan od strane električne ili benzinske pećnice u prisustvu ugljenika
isilicijuma. Elementaran fosfor je onda oslobođen kao para i može se sakupiti
koristeći fosfornu kiselinu (H3PO4).
Crveni fosfor se može stvoriti zagrevanjem belog fosfora na 250°C ili
izlaganjem belog fosfora sunčevim zrakovima. Fosfor posle dobija amorfan
raspored atoma što uzrokuje veću stabilnost. Dalje zagrevanje će uzrokovatikristalizaciju.
Crveni fosfor gori na 240°C dok beli gori na 30°C. Hitorf je 1865. otkrio
da kada se fosfor kristalizuje topljenimolovom, dobija se purpurasti oblik
fosfora (Hitorfov fosfor).
Crni fosfor ima rombičnu kristalnu rešetku i najmanje je reaktivan, sastoji
se od šestočlanih prstenova koji su međusobno povezani. Svaki atom je
spojen sa druga tri. Noviji metod sinteze crnog fosfora se pojavio koristeći
metalne soli kao katalizatore.
Sjaj fosfora je bila atrakcija za vreme njegovog otkrića 1669. godine,
ali mehanizam kojim je sijao nije opisan sve do 1974. godine. Znalo se
još pre da ako bi stavili fosfor u teglu on bi sijao ali posle kratkog
vremena, prestao. Robert Bojl je u 1680-im pripisao to iznuravanju kiseonika,
u stvari to je konzumiranje kiseonika. U 18. veku se znalo da čist kiseonik
ne čini fosfor da svetli, već da postoji raspon deonog pritiska gde se
to zbiva. Zagrevanje se može primeniti da bi se dobio pritisak.
Organske smeše fosfora sa raznim materijalima su rasprostranjene od kojih
su mnoge otrovne.
Fluorofosfatni estri su najjači toksini. Mnogi neorganski fosfati su relativno
neotrovni i esencijalni nutricijenti.
Za okruženje su opasni u prevelikim količinama, uzrokuju cvetanje algi.
Beli fosfor treba da se čuva stalno pod vodom, jer je zapaljiv.
Crveni fosfor nije toliko zapaljiv ali treba biti pažljiv sa njim jer
se vraća u beli fosfor na nekim rasponima temperatura, jer onda emituje
veoma otrovne gasove koji se sastoje iz fosfor oksida kada se zagreju.
U problemu izloženosti elementarnom fosforu se predlagalo ispiranje sa
dvoprocentnim bakar sulfatom, ali je ono ukinuto jer je on otrovan i može
da šteti bubrezima. Sada se preporučuje bikarbonatni rastvor da neutrališe
fosfornu kiselinu.
Vanadijum (V, latinski - vanadium) je metal VB grupe. Ima 11 izotopa
čije seatomske mase nalaze između 44-55. Postojan je samo 51.
Ime je dobio po skandinavskoj boginji Vanadis.
Vandijum gradi nekoliko oksida sa oksidaconim brojem od 1 do 5 sa različitim
kristalnim strukturama. Mnogi od njih su našli primenu u industriji kao
katalizatori oksidacionih reakcija u organskoj hemiji.
Vandijum je lisnat, srebrnast metal, loših mehaničkih osobina. Ipak on
se dodaje čelikuda bi poboljšao njegovu otpornost na otiranje i pucanje.
Zbog malih količina njegovih ruda i zbog njegove vojne primene on predstavlja
metal od straeške važnosti.
Biološki značaj - vanadijum se nalazi u čovekovom okruženju i u njegovoj
ishrani. U čovekovom organizmu on se javlja u tragovima. Preporučljivo
ga je unositi u količini od 10 mikrograma. Kod osoba koje se redovno i
pravilno hrane ne dolazi do nedostatka vanadijuma.
Vanadijumom može doći do industrijskog zagađenja životne sredine, najznačajniji
efekti su: oštećenje bubrega, nadražaj sluzokože sistema za disanje i
za varenje.
Vanadijum je element koji se nalazi u enzimima koji menjaju glukozu i
druge šećere.
Torijum (Th, latinski - thorium) – je aktinoid. Ime je dobio po jednom
od nordijski bogova - Toru (Thor).
Srebrnobele je boje.
Nalazi se u čvrstom agregatnom stanju.
Plastika je naziv za niz sintetičkih ili polusintetičkih proizvoda polimerizacije.
To su uglavnom laka, providna jedinjenja koja teško provode struju.
Danas široko rasprostranjena u proizvodnji motornih vozila, tekstila,
boja, lepkova, cevi, proteza, igrački, nameštaja, diskova (CD, DVD).
Može biti:
- Termoplastika (koja može iznova da se oblikuje u nove oblike)
- termoreaktivna plastika (koja može samo jednom da se oblikuje).
U najčešću vrstu plastike spadaju: PET - polietilen tereftalat (koja se
koristi za izradu plastičnih flaša za sokove), zatim PVC - polivinilhlorid
(od koje se najčešće prave cevi i creva), PE - polietilen, PP - polipropilen,
polikarbonati, polistiren itd.
Plastika se raspada od 100 do 1000 godina, a i nakon što se fizički raspadne,
zagađujuće substance se spuštaju u zemlju i vremenom u podzemne vode.
Drugi problem plastike je što različiti tipovi ne mogu da se mešaju i
zajedno recikliraju. Različite vrste plastike imaju različiti hemiski
sastav i samo plastika sa oznakom 1 i 2 se komercijalno i masovno reciklira.
Još jedan problem plastike i reciklaže otpada uopšte je cena koštanja
radne snage koja mora ručno da sortira otpad, pre nego što započne sam
proces reciklaže.
Kompaktna fluo sijalica snage 11W je ekvivalentna je klasičnoj sijalici
snage 60W.
Slika 4 Poređenje jačine štedljive I obične sijalice
Činjenično stanje :
11W konpaktna fluo sijalica: 570-610 lm 60 W klasična sijalica: 710 lm
Na osnovu ovih podataka može se zaključiti da je razlika u jačini sijalica
od 15% do 20%.
Ukoiko bi štedljva sijalica radila u idealnim uslovima, usteda energije
bila bi zapažena.
Tabela 5 Ušteda energije zamenom inkandescentnih sijalica fluorescentnim
Kompaktne fluo sijalice nisu prikladne za korišćenje u svetiljkama sa lošom ventilacijom (ugradne, nadgradne zatvorene: plafonjere, zidne svetiljke i sl., kao i neke poluotvorene svetiljke), zbog osetljivosti integrisane elektronike na visoke temperature.
Slika 5 Mogućnost zamene običnih sijalica štedljivim
Kompakt-fluo sijalice dostižu maksimalni svetlosni fluks 30-60 sekundi
nakon paljenja (može biti iritirajuće pri kratkim boravcima u prostoriji).
Može se okvirno računati da 50% svetiljki u domaćinstvima nije prikladno
za kompaktne fluo sijalice, pa zabrana inkadescentnih sijalica iziskuje
dodatne troškove kupovine novih svetiljki.
Kvalitet svetlosti inkadescentih sijalica superioran je u odnosu na sve
ostale veštačke izvore svetlosti.
Slika 6 Kvalitet svetlosti
Razlog tome leži u kontinualnom spektru, koji svetlost inkadescentnih
izvora čini najpribližnijom sunčevoj svetlosti na koju je ljudsko oko
adaptirano tokom miliona godina evolucije
Energetski skokovi u plavom delu spektra fluorescentnih izvora (čak i
toplo bele svetlosti) utiču na hormonski disbalans u ljudskom organizmu.
Obzirom da sekrecija melatonina i serotonina, hormona koji regulišu čovekov
cirkadijalni ritam (noćno-dnevni biološki časovnik), zavisi od signala
iz očnih receptora za plavu svetlost. Melatonin ima onkostatični efekat,
a njegova sekrecija se inhibira kada se u oku detektuje svetlost sa izraženom
plavom spektralnom komponentom.
Jednostavnije rečeno, iako je noć, organizam dobija “poruku” da je dan,
te pojačava lučenje “dnevnih” hormona (melatonina, kortizola – hormona
stresa, itd).
Nekontinualnost spektra kompaktnih fluo izvora ima za posledicu nemogućnost
razlikovanja finijih nijansi boja.
Indeks reprodukcije boja najkvalitetnijih fluo sijalica, iako nominalno
visok (Ra=85), i dalje je neadekvatan u stambenim prostorima za duži boravak,
zbog mogućeg stvaranja neprijatne atmosfere u prostoriji, izobličenja
boje ljudske kože, boja materijala u enterijeru, hrane, odeće i sl.
Nekoliko studija sprovedeno je kako bi se potvrdila veza između rada u
noćnim smenama (pod fluorescentnim svetlom) i povećane učestalosti pojave
raka dojke kod žena.
Studija sprovedena u Danskoj (J.Hansen, “Epidemiology” No. 12, pp. 74-77,
2001), kao i neke kasnije studije, dokazale su da žene koje u noćnim smenama
imaju veću stopu oboljevanja od raka
dojke (i do 30%!)
Indikativno je da su fluorescentni izvori, pogotovo neutralno i hladno
bele svetlosti, problematični za učestalo korišćenje u domovima tokom
večernjih i noćnih sati!
Slika 7 Obična i štedljiva sijalica
Osvetljenje je odgovorno za 450 miliona tona CO2 koji se godišnje ode
u atmosferu samo u Sjedinjenim državama.
Zbog prednosti koju imaju nad tradicionalnim sijalicama sa užarenim vlaknima,
napredne rasvetne tehnologije mogu značajno da smanje odavanje CO2 u atmosferu.
Jedna kompaktna fluorescentna sijalica sprečava odavanje 8-16 funti sumpor
dioksida koji stvara kisele kiše i 1000-2000 funti ugljen dioksida.
Primena napredne rasvetne tehnologije na široj skali može smanji odavanje
ugljen dioksida za stotine miliona tona godišnje.
Jasno je da postoji realna potreba za smanjenjem indivudalne potrošnje
električne energije u cilju smanjenja globalne emisije ugljen-dioksida
i da su fluorescentni izvori svetlosti energetski efikasniji od inkadescentnih,
međutim, utrošak energije za proizvodnju štedljive sijalice je, prema
različitim izvorima, od 6 do 40 puta veći nego za proizvodnju klasične
sijalice.
Kada je u pitanju obična sijalica, potrebno je samo sakupiti stakliće.
Dok je sa štedljivom sijalicom procedura drugačija, ali ni onda bezbednost
nije potpuna.
Kada se razbije štedljiva sijalica u stanu potrebno je:
- Otvoriti prozor i napustiti prostoriju. Provetravati 15 minuta.
- Sakupiti staklene ostatke sijalice korišćenjem krutog papira ili kartona
(nikako golim rukama obzirom da živa prodire kroz kožu).
- Lepljivom trakom sakupiti male fragmente stakla.
- Pod obrisati vlažnim papirom ili krpom
- Ukoliko se preostali ostaci usisavaju, kesu iz usisivača nakon čišćenja
treba izvaditi.
- Sve predmete upotrebljene za čišćenje, kao i kesu iz usisivača, treba
odložiti u plastičnu kesu, i dobro je zatvoriti.
- Odeću ili posteljinu na koje su pali delovi sijalice ne treba više upotrebljavati,
već ih treba baciti.
U specijalne sijalice spadaju:
- Halogene
- Reflektor sijalice
- Projekcione
- Infracrvene
Sedamdesetih godina prošlog veka, pojavljuje se savršena varijanta klasične
sijalice, takozvana „halogenka“.
Njeno gasno punjenje čine halogenidi (brom, hlor, jod), a balon se zamenjuje
posebnim kvarcnim staklom otpornim na više temperature, jer je temperatura
zagrevanja vlakna preko 2700˚ C.
Halogene sijalice imaju nešto viši stepen iskorišćenja od uobičajene sijalice,
jaču i prirodniju svetlost i manje dimenzije. Duže traju, ali su veoma
osetljive na naponske promene..
One se ističu po svoj blistavosti i mogućnosti korišćenja kako za opšte,
tako i za naglašeno osvetljenje. Halogena svetlost daje bogat kontrast,
oživljava prostor i podstiče na aktivnost i kreativnost.
Brojni raspoloživi tipovi sijalica nude slobodu u kreiranju individualnih
rešenja različitih veličina, boja, sa ili bez reflektora.
U poređenju sa inkandescentnim izvorima svetlosti, halogene sijalice imaju
nešto višu temperaturu boje dajući svetlosti svežinu i oštrinu.
Halogene sijalice imaju duži vek trajanja od običnih inkandescentnih sijalica,
daju više svetlosti za istu snagu i održavaju kvalitet svetlosti tokom
celog veka trajanja sijalice. Kod njih je moguće podešavati svetlosni
fluks tako da se nivo osvetljenja prilagođava potrebama. One koje rade
na mrežnom naponu direktno se uključuju na napon od 230 V bez transformatora
i lako uklapaju u svetiljke jednostavnim izborom odgovarajućeg podnoška
sijalice.
Reflektorske sijalice su posebna familija. Sijalice u balonima od presovanog
stakla pogodne su i za spoljnje osvetljenje. Reflektorske sijalice se
mogu koristiti i za direktno osvetljenje. Kada se koriste u kancelarijama,
muzejima i na izložbama, one naglašavaju bitne karakteristike.
U hotelima, restoranima, dnevnim sobama, one stvaraju "ostrva"
svetlosti i povećavaju udobnost i opuštenost. U parkovima i baštama naglašavaju
žbunje i drveće u pravoj boji.
LED je specijalan tip poluprovodnicke diode koji je sastavljen iz:
- LED cipa sa dopiranim primesama u strukturi p-n spoja
- katode i anode
- reflektora.
U svetlećoj diodi dolazi do katodne luminiscencije elektona ili grupe
elekrona koje usmerenim kretanjem u pravcu elektroda razlicitih napona
prelaze sa višeg na niži energetski nivo. Tako dolazi do emitovanja svetlosnih
talasa. Talasna dužina emitovane svetlosti, a samim tim i boja svetlosti
zavisi od prirode grupa elekrona formiranog p-n spoja.
Razvoj svetlećih dioda počinje sa pojavom infracrvenih i crvenih dioda
sa galijum arsenidom.
Novi materijali su omogucili osvajanje dioda koje proizvode svetlost u
boji.
Slika 8 Opšti izgled svetlece diode
To su led izvori svetla izgradeni iz p-n cipa prekrivenog emisionim talogom
od legura metala IIIa i Va grupe periodnog sistema: Al, Ga, As, P, N,
In.
Konvencionalne svetleće diode prave se od različitih poluprovodnickih
materijala proizvodeći različite boje svetlosti, kao što su:
- aluminijum galijum arsenid: crvene i infracrvene
- aluminijum galijum fosfid: zelena
- aluminijum galijum indijum fosfid: svetlo narandžaste, žute i zelene
- galijum arsenid fosfid: crvene, narandžasto crvene
- galijum fosfid: crvene, žute, zelene
- galijum nitrid: zelena , plava i bela
- indijum galijum nitrid: ultraljubicasta, zelena, plava i bela
- SiC, Si, AlO3: plava
- cink selenid: plava
- dijamant: ultra ljubicasta
- aluminijum nitrid, aluminijum galijum nitrid: svetlo ljubicasta
Ove hemijske supstance kada se ozrace katodnim zracima imaju sposobnost
emitovanja svetlosti bez pratećeg toplotnog izracivanja, koja se zadržava
u obliku potencijalne energije i osciliranjem grupe atoma ispoljava se
kao ’’luminiscencija’’.
Sposobnost luminiscencije imaju one materije koje nemaju gubitke absorbovane
zračne energije, tj. nemaju razmenu energije sa svojom okolinom. U te
materije spadaju npr. ’’retke zemlje’’ (kod kojih postoji jedno energetsko
stanje), ’’svetlecih elektrona’’, kao i neki mali molekuli organskih aromaticnih
jedinjenja i neki polimeri, primenjeni kod OLED-a (Organic Light Emitting
Diode).
Navedena jedinjenja (supstance) koje se dopiraju osnovnom poluprovodnickom
materijalu svetlećh dioda radi poboljšanja kvaliteta emitovane svetlosti,
igraju istu ulogu u transportu elektrona kao i dopandi u elektronskim
poluprovodnickim primenama.
Vecina ’’belih’’ komercijalnih LED-ova danas se dobija luminiscencijom
plave legure galijum nitrida, GaN prekrivenom prevlakom uglavnom pripremljenom
od cera (retka zemlja), u koje su dodati kristali itrijum aluminogalijuma
(Ce3+:YAlG), koji se priprema kao emisiona katodna pasta posebnim postupkom.
Ove prevlake emituju široki spektar talasnih dužina u pojasu oko 580 nm
koji je žute boje. Kako žuto svetlo stimuliše crvene i zelene receptore
u oku rezultat tog miksa daje viđenje boje tzv. ’’mesecevom belom’’ svetlošcu.
Slika 9 LED sijalica
Belu svetlecu diodu proizveo je prvi Nichua 1996. god.
Bledo žuta boja može se dobiti i zamenom cera terbijumom i galijumom sa
gadolinijumom. U njihovoj spektralnoj raspodeli dominira plava svetlost,
zatim zelena, a crvena boja osvetljenog predmeta nije tako jarka, i prijatnija
je za oko.
Beli «LED-ovi» imaju nacin dobijanja ’’hladnog belog svetla’’ slicno dobijanju
hladno belog svetla u fluorescentnim sijalicama u kojima se ultraljubicasta
svetlost od katodne prevlake sa dodatkom cink sulfida, pretvara u vidljivu
obojenu svetlost. Ovde je važno spomenuti loš uticaj UV svetlosti na reflektor
diode koji je prevučen epoksi prevlakom koja se može razlagati (fotodegradacija).
LED-ovi zamenjuju inkandescentne i fluorescentne svetlosne izvore koje
proizvode ‘’belu i obojenu svetlost’’. Prosečna komercijalna efikasnost
tih novih izvora iznosi i do 80 lm/W. Takođe ekstremno velika trajnost
ih čini veoma atraktivnim. One ne zahevaju pretvarače struje izvora napajanja,
što ih cini još uvek izuzetno skupim za naše tržište.
Inkandescentne sijalice su mnogo jeftinije, ali imaju energetsku efikasnost
od svega 16lm/W kod običnih sijalica do22 lm/W kod halogenih sijalica.
Pored svega,
LED-ovi imaju znatne prednosti:
- Emituju svetlost u željenoj boji, bez tradicionalnog korišćenja
filtera, što pojeftinuje postupak dobijanja obojene svetlosti.
- Ne zahtevaju ugradnju spoljneg reflektora radi dobijanja usmerene svetlosti,
kao što je slučaj kod reflektorskih inkandescentnih i halo-genih sijalica.
- Ekstremno cvrsto upakovane u telo otporno na mehaničke udare.
- Ekstremno velika trajnost: tipično 10 godina, dva puta duža od najboljih
fluorescentnih sijalica i čak 20 puta duža od najboljih inkandescentnih.
- LED-ovi dostižu veliku trajnost i kada rade na svojoj nazivnoj snazi.
LED tehnologija je mnogo skuplja zbog pratece elektronske opreme (lm/
dolar) i za našeg prosecnog klijenta (kupca) još uvek preskupa za upotrebu
u
domacinstvu od konvencionalnih tehnologija za dobijanje svetlosti.
Radne karakteristike veoma zavise od temperature okoline i lako može da
dode do pregrevanja, što izaziva njihovo brzo oštecenje. Zato je neophodno
obezbediti odgovarajuće hladenje, kako bi se osigurao dugi vek svetlećih
dioda, što je naročito važno u saobracajnim i vojnim primenama, kada se
u velikom rasponu temperature okoline zahteva dugotrajan i pouzdan rad
uredaja sa svetlećim diodama.
Visoke vrednosti radnih karakteristika (struja, porast temperature), mogu
izazvati pojavu difuzije atoma nekih metala iz elektroda u ostale aktivne
delove LED-a, pogotovu atoma indijuma i srebra, što ima za posledicu pojavu
elektricnih proboja na samoj katodi. Katodne paste galijumnitrida i indijumgalijum
nitrida koje se koriste radi dobijanja efekta obojenog svetla koriste
se i da sprece ’’elektromigracijske efekte’’.
Mehanizam degradacije aktivnih delova katoda u LED-u izaziva i povećanje
dislokacija u granicnoj površini p-n spoja, kao i u katodnim prevlakama
difuzijom tačkastih dislokacija. To izaziva pojavu defekata u kristalu
naknadnom rekristalizacijom kristala, što je narocito izraženo kod fosfidnih
kristala belih LED-ova.
Primenom galijum arsenida i aluminijum galijum arsenida posledice ovog
mehanizma degradacije smanjuju se u odnosu na diode sa fosfidima, jer
je kinetika rasta i transporta dislokacija za dva reda velicine sporija
u odnosu na nitride. Na žalost, još uvek se zelena boja ne može dobiti
bez dopiranja osnovnog materijala nitridima.
S druge strane, galijum i arsenidi izuzetno su toksicni, kako pojedinacno,
tako i u medusobnim jedinjenjima. Toksicnost selena i indijuma nije mnogo
manja. Toksicnost ovih elemenata mora se uzeti u obzir radi stvaranja
zakonske regulative kojom bi se propisao postupak sa neispravnim LED-ovima.
Eventualna reciklaža sigurno će povisiti cenu svetlećim diodama.
Ekstremna toksicnost primenjenih metala mogla bi se zaobic primenom nemetalnih
jedinjenja tipa supstituisanih aromaticnih ugljovodonika i tionitrida,
cija je destrukcija u neispravnim LED-ovima jednostavna, ali takve supstancije
su još osetljivije na porast temperature, čak uz mogucnost eksplozije
nemetalnih nitrida, što ce zahtevati još efikasnije hladenje, a samim
tim porast cene.
Danas se proračun električnog osvetljenja vrši pomoću računara. Međutim,
za većinu praktičnih primena proračun se može izvršiti približnom formulom:
Φp = 1,7 • E • A [lm], gde je:
Φp [lm] - potrebni fluks svetlosti,
E [lx] - potrebna osvijetljenost i
A [m2] - površina prostorije.
Potreban broj svetiljki (armatura) se određuje po formuli:
n = Φp / Φs
gde je Φs svetlosni fluks odabrane svetiljke.
Primer:
Izračunati potreban broj svetiljki sa četiri fluo cevi 18/20W za osvetljenje
kancelarije površine A = 30 m2. Fluks jedne svetiljke je Φs = 3 300 lm.
Potrebno osvjetljenje je E = 250lx.
Rešenje:
Φp = 1,7 • E • A = 1,7 • 250 • 30 = 12 750 [lm]
n =12 750/ 3 300 = 3,9 = 4
Potrebne su četiri svetiljke.
Postoji niz softverskih paketa za proračun osvetljenja. Skoro svaki proizvođač
svetiljki daje besplatno na upotrebu softver. Ovi programi zahtevaju da
se kao ulaz unesu podaci o prostoriji u kojoj se postavlja osvetljenje
i da se odabere željena svetiljka i željeno osvetljenje.
Program izračunava potreban broj svetiljki i optimalno ih raspoređuje
u prostoru.
Postoji mnogo standarda koji određuju kriterijume za kvalitet osvetljenja.
U svakoj zemlji postoje ustanove koje određuju standarde za kvalitet,
upotrebu i bezbednost i za to izdaju validne certifikate.
Najsveobuhvatniji certifikat u Turskoj koji se odnosi na rasvetu je TS
8697 EN 60598-I. Pored njega, postoje i drugi certifikati koji su međunarodno
priznati. Standardi ISO9000, EZ deklaracija, ENEC i VDE traže se za proizvod
dobrog kvaliteta.
Kriterijumi za kvalitet koje energetski efikasne sijalice moraju da ispune
u smislu opštih standarda su sledeći:
- Svetlosna efikasnost ne sme da bude ispod 50lm/W.
- Energetska efikasnost ne sme da bude ispod 85%.
- Indeks reprodukcije boja (Ra) mora biti iznad 80.
- Vek trajanja mora da se potvrdi rezultatima testova i ne sme da bude
ispod 4000 sati.
- Kod energetski efikasne sijalice dobrog kvaliteta vek trajanje je između
6000 i 10000 sati.
- Plastični poklopac mora biti otporan na toplotu (standard LVD).
- Postavljanje delova proizvoda (cevi, poklopci, priključci i električni
delovi) moraju biti u skladu sa standardima zaštite i bezbednosti za električnu
robu što mora da se potvrdi testovima (standard LVD).
- Vrednost cos0 mora da bude iznad 0.5
- Energetski efikasne sijalice moraju da imaju elektromagnetnu kontrolu
(EMC) radi sprečavanja elektromagnetnog zagađenja.
ZAKLJUČAK
Kupci koji koriste obične sijalice kažu da uz štedljive sijalice vide
slabije. Korisnici običnih sijalica navikli su na svetlost žute boje i
tako kad koriste štedljive sijlice, čija je svetlost bele boje postoji
vizuelni utisak da je svetlost manjeg intenziteta, iako se koriste sijalice
iste jačine.
Štedljivim sijalicama je potreban skoro minut da bi proizvele dovoljnu
količinu svetlosti. U odnosu na obične sijalica one ne mogu da se postave
u postojećim svetiljkama i lusterima. Tako da je za upotrebu štedljivih
sijalica nephodno promeniti svetiljke.
Štedljive sijalice imaju nedostatke u odnosu na obične sijalice. Naime,
štedljive sijalice ne bi trebalo postavljati u kupatila ili druge vlažne
prosotrije, jer mogu brzo da pregore, ali ih ne treba držati ni u zatvorenim
svetiljka ili lusterima.
Postoje brojni razlozi zbog kojih se korisnici ređe odlučuju za štedlive
sijalice, bez obzira na inicijativu države da se obične izbace iz upotrebe.
Osim nelagodnog osećaja u prostorijama osvetljenim štedljivim sijalicama,
one nisu preporučljive, jer imaju kancerogeno dejstvo.
U suštini u domaćinstvu se koriste obične ili štedljive sijalice, dok
se u druge svrhe koriste LED, neonke, kao i specijalne sijalice.
LITERATURA
1. http://www.poslovnimagazin.biz/vesti/led-osvetljenje-stedi-energiju
2. http://www.serbianfurniture.org/sprski/aktuelno/clanci/kategorije/osvetljenje_enterijera_clanci/osvetljenje.html
3. http://www.minel-schreder.rs/sr/tehnika_osvetljenja
4. http://www.decorreport.com/
5. http://www.fluxlight.rs/doc/CFL_stedljive_sijalice_DOS2009.pdf
6. http://www.leucicentar.com/0_baza/pdf/Sijalice.pdf
7. http://www.matejic.rs/osvetljenje.php
8. http://www.tehnickaue.edu.rs/srp/cas/?conid=2439
9. http://www.elefmagazin.com/Tehno-spajz/Klasicna-sijalica-odlazi-u-istoriju.html
10. http://serbianforum.org/kucni-aparati/115637-sijalica.html
11. http://www.vizkomerc.com/index.php
12. http://www.etszemun.edu.rs/sr/download/2008/elektroenergetika.pdf
13. http://www.dos-osvetljenje.org.rs/06_LED http://www.naslovi.net/izvor/biznis-finansije/1725291
14. http://www.messergroup.com/cs/Dokumenti/Tehnicki_gasovi_u_industriji_stakla.pdf
15. http://www.kurir-info.rs/planeta/nemacki-biznismen-prodaje-zabranjene-sijalice-kao-grejalice-56289.php
16. http://www.nmw.co.rs/nmw/index.php?page=76&language=srb
17. http://www.ledib.org/uploads/downloads/4_en.pdf
18. http://sr.wikipedia.org/sr
19. http://wapedia.mobi/bs/Barijum
20. http://www.borba.rs/content/view/7946/89/
21. http://www.ehotim.com/blog/2010/01/ekoloska-kampanja-ecotopia/
22. http://www.ekologija.rs/istine-i-zablude-o-stedljivim-sijalicama