Sähkövalon aikakausi

Sivusto: DIGMA-oppimisympäristö
Kurssi: Valaistus
Kirja: Sähkövalon aikakausi
Tulostanut: Vierailija
Tulostettu: perjantai, 21. tammikuuta 2022, 00:56

Kuvaus

Sähkövalon historiaa ja nykypäivää

1. Sähkövalon alkumetrit

Ensimmäinen tunnettu sähkövalon kehittäjä oli saksalainen Otto von Guericke, joka havaitsi vuonna 1650, että rikkipalloa hangattaessa sähkö aiheuttaa heikkoja valoilmiöitä. Englantilainen Sir Francis Hauksbee puolestaan onnistui vuonna 1710 tuottamaan hankaamalla purkaussäteilyä lasipallossa, josta oli ilma pumpattu pois ja johon oli lisätty elohopeaa. Vuonna 1752 Benjamin Franklin sai vielä lisätodisteita sähkön avulla tuotetulle valolle keräämällä ukonilmassa sähkövarausta Leydenin pulloon.

1800-luvun alussa tehdyt havainnot johtivat siihen, että sähkövalon kehitys jakautui kolmeen erilliseen suuntaan: hehku-, kaaripurkaus-, ja purkauslamppuun.

Vuonna 1808 Sir Humprey Davy havaitsi, että pariston napoihin kytkettyjen hiilikärkien väliin syttyi häikäisevä valokaari. Tämän ilmiön perusteella kehitettiin ensimmäinen sähköllä toimiva valonlähde, hiilikaarilamppu, joka oli suosittu erityisesti ulkovalaistuksessa ja suurissa tiloissa. Koteihin ei hiilikaarilamppua voitu ajatella sen suuren kirkkauden takia.

Ensimmäisillä kaarilampuilla oli omat ongelmansa, jotka liittyivät yleensä hiilikärkien epätasaiseen palamiseen. Vuonna 1876 Venäläinen Jablochkoff rakensi kuitenkin ensimmäisen erittäin käyttökelpoisen kaarilampun. Tässä ns. Jablochkoffin kynttilässä kaarilampun hiilet olivat vierekkäin toisistaan eristettyinä, ja koska molemmat sauvat lyhentyivät yhtä nopeasti, ei tarvittu säätäjää tai säätölaitetta. Kun näitä kynttilälamppuja kytkettiin useita peräkkäin, saatiin kirkas valonlähde, joka paloin noin puolitoista tuntia. Kaarilamppuja käytettiin varsinkin kaupunkien katuvalaistuksessa 1900-luvun alkupuolella. Suomessa Jablochkoffin kynttilää esiteltiin helsinkiläisille jo 1878.

2. Hehkulamppu mullistaa maailman

Hehkulamppu keksittiin virallisesti vasta 1800-luvun lopulla, mutta ennen tätä oli jo viiden vuosikymmenen ajan tehty useita keksintöjä hehkulamppuun liittyen.

Yhdysvaltalainen Thomas Alva Edison on jäänyt historiankirjoihin hehkulampun keksijänä. Edisonkaan ei lähtenyt hehkulampun kehittelyssään liikkeelle kuitenkaan aivan alusta, vaan osti jo vuonna 1875 patentoidun hehkulampun oikeudet ja paranteli tätä lamppua. Edison esitteli oman, ensimmäisen kaupalliseen valmistukseen soveltuvan hehkulamppunsa 21.10.1879. Näissä lampuissa toimintaperiaate oli jo samanlainen kuin nykyisissä hehkulampuissa, mutta hehkulangat olivat hiillytettyä bambukuitua (nykyään volframia).

Edisonilla oli suuri merkitys sähkön ja sähkövalaistuksen käytön yleistymisessä. Hän oivalsi, että pelkkä lamppu ei riitä, vaan vasta sähköenergian tehokas jakelu turvaisi hehkulampun menestymisen. Edison suunnittelikin erilaisia komponentteja sähkön tuottoa ja jakelua sekä sähkövalaistuksen käyttöönottoa varten. Tuskin monenkaan keksinnön ja sen käyttöönoton suorat tai välilliset vaikutukset ihmisen elintapoihin ovatkaan olleet suuremmat kuin hehkulampun. Hehkulampun käynnistämä sähkövalaistuksen nopea yleistyminen on vaikuttanut merkittävästi esimerkiksi teolliseen kehitykseen.

Englantilaiset pitävät Sir Joseph Swania hehkulampun keksijänä. Swanin nimiin on kirjattu hehkulamppukeksintö 18.12.1878. Swanin keksintö ei kuitenkaan keksijän oman saamattomuuden vuoksi noussut suurempaan julkisuuteen ja hän jopa joutui esittelemään toimivan hiililankahehkulamppunsa englantilaisille uudelleen 3.2.1879.

Swanin todisteluista huolimatta Edison sai hehkulampulleen patentin myös Englannissa. Tästä syntyi keksijöiden välille patenttikiista, jonka he kuitenkin myöhemmin sopivat ja perustivat yhteisen yrityksen Englantiin valmistamaan Swanin hehkulamppuja.

3. Suomi, hehkulamppuvalaistuksen edelläkävijä

Vuoden 1881 Pariisin maailmannäyttely toi hehkulampun koko Euroopan tietoisuuteen. Aiempiin valaistustapoihin verrattuna hehkulampun ylivertaisia ominaisuuksia olivat helppohoitoisuus ja soveltuvuus kotikäyttöön.

Suomi oli edelläkävijämaita sähkövalon käyttöönotossa, sillä Tampereen Finlaysonin tehtaan kutomosalissa sytytettiin 15.3.1882 Euroopan ensimmäinen hehkulamppuvalaistus. Tähän vaikutti merkittävästi se, että Finlaysonin johtajan Wilhelm von Nottbeckin poika Carl von Nottbeck työskenteli 1870- ja 1880-lukujen vaihteessa Edisonin tehtaassa Yhdysvalloissa.  Dynamot ja lamput Finlaysonin tehtaan kutomosalin valaistusta varten tulivat Edisonin tehtaalta Tampereelle jo vuonna 1881 eli samaan aikaan kun keksijä esitteli hehkulamppuaan Pariisin maailmannäyttelyssä. Valaistuksen vaatimat asennustarvikkeet valmistettiin kaikki itse Finlaysonin tehtaan puusepänverstaassa, jossa syntyivät puusta niin lampunpitimet, asennuslistat kuin muutkin tarvittavat sähkötarvikkeet.

Hehkulamppujen valmistuksen Suomessa aloitti joulukuussa 1921 perustettu Suomen Sähkölampputehdas Oy, joka tunnetaan nykyisin paremmin Airam Oy:nä. Aluksi yhtiö vain korjasi vanhoja hehkulamppuja, mutta vuonna 1925 alkoi myös omien hehkulamppujen valmistus.

 

3.1. ensimmäiset sähkövalaistukset Suomessa

Suomen ensimmäinen sähkövalaistus asennettiin Tampereelle Finlaysonin tehtaalle 15.3.1882. Aamulehti kirjoitti aiheesta 18.3.1882 seuraavasti:

"Uutta walaistus-ainetta eli sähkövaloa koeteltiin viime tiistaina ja keskiwiikkona puuvillatehtaalla. Liekeillä, noin 150 kerrassaan wiritettynä, oli erinomaisen valkoisenhohtava ja kirkkaanheleä näkö. Walo oli woimakkaampi kuin kaasuliekkien, waikka motoorillisen woiman suurinta määrää, hihnojen liikkumisen takia, ei täytetty. Nyt sovitettujen liekkien suurin walovoima arwellaan vastaawan noin 50 steariinikynttilän valoa. Kun koetus käwi täydellisesti yhtiön mielihywäksi, on yhtiö päättänyt tulewan kesän ajalla asettaa sähköwalojohtoja kautta koko tehtaan. ”

Saman vuoden kesäkuun lopulla asennettiin myös Poriin Rosenlewin omistamalle Isonrannan höyrysahalle sähkövalaistus. Porilainen Björneborg Tidning kertoi tästä lukijoille 5.7. 1882 seuraavasti:

”Valo on hehkuvan valkoista, eikä levitä mitään lämpöä. Ne sahan yläosaan asennetut neljä lamppua saavat aikaan todellisen  valomeren, vertailun kestävän kirkkaimman kesäpäivän kanssa ja mahdollistavat täten myös tarkan työnteon yöaikana, muista eduista mainittakoon vapautuminen kaikesta tulenvaarallisuudesta, suuri siisteys, lämmön sekä muiden epämiellyttävien ja pahanhajuisten käryjen puuttuminen. Kaikkine näine etuineen voi kaiken hoitaa lokomobiilin konemies ja yksi siivooja.”

Lähde: Valonlähteet ja valaistus työpaikalla, Oy Airam Ab, 1985.

4. Muut sähkövalonlähteet

Muut sähkövalonlähteet historian hämäristä tähän päivään 

Kuten aiemmin mainittiin, 1800-luvun alussa tehdyt havainnot johtivat siihen, että sähkövalon kehitys jakautui kolmeen erilliseen suuntaan: hehku-, kaaripurkaus-, ja purkauslamppuun.

Kaaripurkauslampun historia päättyi tunnetussa muodossaan Jablochkoffin kynttilään, sillä purkauslamppujen tekniikka vaikutti järkevämmältä kehityssuunnalta.

Hehkulampun kehitys jatkui parempiin materiaaleihin ja tyhjiötekniikoihin. Samaa tekniikkaa hyödyntäen kehitettiin myös halogeenilamppu, joka tuli markkinoille 1959.

Purkauslampun (kaasupurkaus) toiminta perustuu siihen, että suljetussa tilassa olevan kaasun lämpötilan kasvaessa syntyy kullekin kaasuyhdisteelle ominaista säteilyä. Purkauslamppujen historiassa ensimmäinen purkauslamppu, elohopeahöyrylamppu, esiteltiin 1901. Markkinoille ensimmäiset elohopeahöyrylamput tulivat 1904. Vuonna 1934 elohopeahöyrylampun pohjalta kehitettiin suurpaine-elohopealamppu, jolla voitiin tuottaa valoa suuremmalla teholla pienemmässä tilassa. Elohopealamppuja käytetään vieläkin erityisesti katuvalaistuksessa, mutta tehokkaammin valoa tuottavat purkauslamput ovat myöhemmin syrjäyttäneet ne osittain.

Elohopeahöyrylampuista kehitettiin 50- ja 60-luvuilla myös natriumhöyryyn perustuvat pienpaine- ja suurpainenatriumlamput ja monimetallilamppu tuli markkinoille 1961.

Elohopeahöyrylamput olivat edelläkävijöitä myös loistelampuille. Kun tiedettiin, että elohopeahöyry säteilee paljon silmille näkymätöntä ultraviolettisäteilyä, keksittiin päällystää purkausputken seinämät fluoresoivalla aineella, joka muuttaisi siihen osuvan ultraviolettisäteilyn näkyväksi valoksi. Loistelamput esiteltiin yleisölle ensimmäisen kerran vuonna 1937 New Yorkin messuilla. Ne alkoivat yleistyä 1940-luvulla, ja Suomessa ensimmäiset loistelamput otettiin käyttöön 1941. Loistelamppujen käyttööntuloa voidaan pitää eräänlaisena taitekohtana sähkövalaistuksen historiassa. Kun lamppujen valotehokkuutta saatiin kasvatettua, polttoikää pidennettyä ja lamppujen väriominaisuuksia monipuolistettua, voitiin sähkövalolla osittain korvata jopa päivänvaloa. Useiden kehitysaskelten jälkeen markkinoille tulivat vuonna 1981 myös pienoisloistelamput ja 1990-luvulla niin sanottu induktiolamppu.

Yksi valontuottotapa edellisten lisäksi on elektroluminesenssi, jossa näkyvään aineeseen johdettu sähkövirta saa aineen emittoimaan näkyvää valoa. Ilmiö havaittiin jo vuonna 1907, mutta ensimmäinen elektroluminesenssiin perustuva lamppu eli LED tuli markkinoille vasta 1961. Vuosikymmenten ajan LEDien käyttö liittyi lähes ainoastaan signaali- ja merkkivalotekniikkaan, kunnes 1993 Shuji Nakamura keksi sinisen LEDin, joka oli suurin haaste ennen kuin saatiin luotua myös valkoista valoa.

4.1. Kehitys

huom! kuvasta puuttuu pien- ja suurpainenatriumlamput

5. Valonlähteiden nykytila

Valonlähteiden nykytila ja lähitulevaisuuden kehityssuunnat 

Tällä hetkellä, ympäristö- ja energiatehokkuusvaatimuksien kiristyessä, eletään muutoksen aikaa. Yli sata vuotta käytössä olleita tekniikoita ollaan syrjäyttämässä ja tekniikoita kehittämässä. Kovin tarkasti ei tulevaisuutta voida ennustaa, mutta EU-direktiivien vuoksi ainakin tiettyjä suurempia muutoksia Euroopassa käytettyihin valonlähteisiin ja valaistukseen on lähitulevaisuudessa tulossa. EU-direktiivit määrittelevät esimerkiksi seuraavaa;

- hehkulamput ja halogeenilamput poistuvat käytöstä portaittain vuoteen 2017 mennessä. Ainoastaan erikoiskantaiset pienoisjännitteiset halogeenilamput saavat jäädä.
- muiden valonlähteiden ja valaisimien energiatehokkuus- ja ympäristövaatimukset tiukentuvat siten, että esimerkiksi nykyään katuvalaistuksessa yleisimmin käytetyt elohopeahöyrylamput poistuvat kokonaan käytöstä.

Hehkulampun korvaajaksi kehitetään ensisijaisesti pienoisloisteputkia eli energiansäästölamppuja, mutta muutaman vuoden sisällä LEDit tulevat melko varmasti syrjäyttämään myös energiansäästölamput.

Kevennyksenä ja keskustelun herättäjänä aiheeseen liittyvä uutinen (YLE 19.10.2010): http://yle.fi/uutiset/ulkomaat/2010/10/saksalainen_quotlampopalloquot_kiertaa_eun_hehkulamppukiellon_2069472.html