Aydınlatmanın Tarihçesi |
Ampulden LED'e

Günümüzdede kullanılan modern aydınlatma aygıtlarına geçiş, elektrik ve fiziksel optik alanındaki gelişmelerin ardından, insanlık tarihine kıyasla çok kısa bir süre önce başladı denilebilir. Yazı dizimizin bu bölümünde ampülün icadından LED lambalara kadar olan gelişmeyi inceleyeceğiz.

A- A+

14.03.2015 tarihli yazı 112101 kez okunmuştur.

Aydınlatma Aydınlatmanın tarihçesi Aydınlatmanın Önemi aydınlatma araçları Aydınlatma Fuarı Aydınlatma Kongresi Ampul ampulun icadı Edison Thomas Edison LED LED Lamba LED Armatür

Ampul ile ilgili ilk çalışmalar 1802 yılında İngiliz Humprey Davy tarafından, platin ince bir şeritten akım geçirilerek ilk enkandesan ışığının elde edilmesi ile başlamıştır. Elde edilen ışık pek parlak değildi ve fazla uzun sürmemişti ancak bu tarihten sonraki 75 yıl boyunca bu çalışmalara örnek olmuştur. Bunun dışında 1809 yılında Davy, 2000 adet pile bağlı iki karbon çubuk ile ilk ark lambasını yapmış ve İngiliz Kraliyet Enstitüsü’nde ilk sunumunu gerçekleştirmiştir.

1840 yılında İngiliz Warren de la Rue, vakumlanmış cam bir tüp içine bobin sarımlı bir platin tel yerleştirmiş ve üzerinden akım geçirmiştir. Elde edilen ışık verimli olmasına rağmen platinin pahalı olması sebebiyle lambanın kullanılması, ticari açıdan o tarihler için mümkün değildi. Bu zamandan itibaren çeşitli bilim adamları ampul için uygun lamba teli (flaman) bulmak için araştırma yapmaya başladılar. 1840’da Joseph Swan karbonize, kağıt filamanını kullanarak ilk işlevsel ampulü yaptı ve 1860’da patentini aldı. Ancak ampul sönük ışık yayıyordu ve yanma süresi çok kısaydı. Ampulün tam iş görebilmesi için güç kaynağına ihtiyacı vardı.

Sir Elliot Thomas benzer teknolojiyi kullanarak ticari olarak uygun ampulü 1875’te üretti. Ayrıca ampul üzerindeki çalışmalarının ardından bambu filamanlı lambayı ortaya çıkardı. Herman Spiegel’in vakum pompasını kullanan Elliot Thomas başarılı bir şekilde lambasını vakumlamayı başardı.

Enkandesan lambanın ve elektriğin gelişimine katkıda bulunmuş en önemli isim şüphesiz Thomas Edison’dur. Aslında ampulü gerçekten icat eden kişi o değildi ancak ampulü geliştirmek için çok çalıştı. 1879’da yüksek vakum ve karbonize flaman yardımıyla uzun yanan, yüksek verimli ışığı üretti. Evlerin pratik şekilde aydınlatılması konusunda da çalışmalar yaptı. Edison sadece akkor aydınlatmayı oluşturmadı ayrıca akkor ışığını daha güvenli, pratik ve ekonomik hale getiren gerekli elementleri bulunduran elektriksel aydınlatma mekanizmasını geliştirdi.

Thomas Alva Edison

Ampul için en iyi flamanı bulma çalışmaları sürerken, Edison pratikliği sağlayan ve elektrik ışıklarında kullanılan yedi sistematik element icat etti. Aralık 1879’da Edison halka akkor aydınlatma sisteminin sunumunu yaptı.

Enkandesan ışığının başarısı Edison’un çok kişi tarafından tanınmasını sağladı. Elektrik her yana yayıldıkça Edison’un serveti ve şöhreti büyüyordu. 1889’a kadar şirketleri gelişim gösterdi, daha sonra Edison General Electric şirketi kuruldu. Şirket kendi isminde olmasına rağmen şirketi kontrol edemedi. Gelişen aydınlatma endüstrisinin sermayeye ihtiyacı, onun J.P.Morgan gibi bankacılarla işbirliği yapmasını sağladı. 1892’de şirketini, önde gelen şirketlerden Thompson-Houston’la birleştirdi ve şirketin ismi General Electric oldu.

Cam ampul ilk olarak Matthew Evans ve Henry Woodward tarafından tasarlandı. Bu sırada bilim insanları deşarj lambaları üzerinde çalışıyorlardı. Önce tüpün içindeki karbondioksitin daha sonra kripton ve argon soy gazlarının kullanımı sayesinde ampulün verimliliği arttırıldı.

Akkor lambada ışıyan madde olarak bambu, platin, karbon denenmiş, sonra daha dayanıklı olan tungstene geçilmiştir. İlk akkor lambalar, içlerindeki filaman çalıştırıldıkça hızla eskidiği için, en fazla 1 günlük bir çalışma ömrüne sahipti. Cam ampuller vakumlanarak, kararlı gazların da eklenmesi ile performansları artırıldı ve akkor lambaların ömrü 1 yıla çıkarıldı. Günümüzde, o dönemden kalma hâlâ çalışır halde el yapımı akkor lambaların olması şaşırtıcıdır. Örneğin Livermore’daki (Kaliforniya, ABD) bir itfaiye merkezinde bulunan 4 W’lık bir karbon lamba tam yüz on yıldır kesintisiz yanmaktadır.

1901’de Peter Hewitt mavimsi beyaz ışık yayan civalı buhar lambasını tanıttı. Sonra sodyum buharı kullanarak daha fazla ışık veren lamba icat edildi. Willies Whitney, flamanı yanma ve korlanmadan korumak için metal kaplama ve karbon flaman kullandı. 1906’da General Electric tungsten filamanı piyasaya sürdü. Bu flamanın erime noktası diğerlerinden daha yüksekti. 1910 yılında bir başka mühendis, William Coolidge dayanıklı tungsten filamanı icat etti. Arabalarda ve neon lambalarda kullanıldı. 1930’da fotografik flaş ampulü keşfedildi.

Flüoresan lambanın ışıması, ilk kez 1937 yılında New York Dünya Fuarı’nda gösterildi. Flüoresan lambanın çalışması, temelde bir ark lambasında alçak basınçlı cıva buharının deşarjı ile oluşturulan morötesi ışınımın, flüoresan etkili fosforik yüzeye temas ederek görülür ışık oluşturması prensibine dayanmaktadır. Etkinlik faktörü 70 lm/W’a varan flüoresan lambalar uzun ömürleriyle iç aydınlatmada 20. yüzyıla damgalarını vurmuştur. İnce T5 flüoresanlar yüksek verimlilikleri ve ince tasarımları ile bu alanın ön plana çıkan ürünleri olmuştur. Kompakt flüoresan lambalar kıvrık tasarımları, kendinden balastlı ve E27 duy tabanlı olmaları sayesinde enerji tasarrufu seçeneği sağlamıştır. Flüoresan lambaların iç aydınlatma için tasarlandığını, düşük ve yüksek ortam sıcaklıklarında daha az ışık verebildiklerini belirtmek gerekir.

1940’larla birlikte yumuşak akkor ampülleri, 1950’lerle birlikte ise halojen lambası ortaya çıktı. 60’lar ve 70’lerde eliptik reflektör ve metal halojen tuzu lambası üretildi. Ve son olarak 1990’da Philips, manyetik endüksiyon kullanan, 60.000 saatlik ampulü piyasaya sürdü.

Günümüzdeki aydınlatma üreticilerinin çoğu, küreselleşen ekonomi politikalarıyla, lamba üretiminin büyük bölümünü Uzak Doğu’da gerçekleştirmektedir. Floresan lambalar içerdikleri 3-4 mg ağırlığındaki cıva nedeniyle, doğrudan çöpe atıldıklarında çevreye zarar verirler. Mevcut durumda ülkemizde kişi başına yılda ortalama iki flüoresan lamba tüketiyor olsak, bu yılda yaklaşık yarım ton cıvaya karşılık gelir ki bu da çevre kirliliği açısından küçümsenemeyecek bir rakamdır.

Aydınlatmada akkor lamba ve floresan kullanımının yaygınlaşması, kullanılan ışık kaynağı kadar reflektörlerin optiksel yerleşimin, mekanik duy malzemelerini, elektriksel balast ve besleme devrelerini de ön plana çıkarmıştır. Böylece aydınlatma sırf uygulamanın ötesinde, bir “mühendislik tasarımı” haline de gelmiştir. Bu bağlamda, özellikle yol aydınlatmasında sodyum lambaların, dış aydınlatmada yüksek güçlü metal halide lambaların yoğun kullanımının etkisine de dikkat çekmek gereklidir.

Ülkemizde birkaç yıl içerisinde akkor lambaların piyasadan kalkacağını söyleyebiliriz, çünkü 2009 yılı itibarıyla Avrupa Birliği’nde 100 W üstü akkor lambaların kullanımı yasaklandı, 2012 yılından sonra da akkor lambaların üretimi durdurulacak. Teknik olarak, akkor lambaların verimlilik ve lümen/Watt cinsinden etkinlik değerleri çok düşüktür. Yani bu tür lambalar enerjisinin çoğunu görülür ışık yerine çevreye kızılötesi bölgede ısı olarak yayıyor. Bu noktada, verimliliği neredeyse flüoresan lambalara yetişen yeni nesil LED’leri tercih edeceğiz gibi görünüyor. Belki bu şekilde, toplam elektrik enerjisi sarfiyatının beşte birini oluşturan aydınlatma harcamalarımızda tasarruf sağlayabileceğiz.

LED’ler, yani Işık Yayıcı Diyot’lar günümüzün en popüler ışık kaynaklarıdır. İlk LED, 1907’de icat edilmiş, ancak 1960’lı yıllarda kızılötesi LED’lerle ticari olarak pazara çıkılabilmiş. Ticari beyaz LED’leri ise çok yeni bir tarihte, ancak 1996’da görmeye başladık. Bugün ise trafik lambaları, reklam panoları, cep telefonları, televizyonlar dahil gösterge piyasasının zirvesini LED’ler zorluyor. Yapıları itibarıyla, bir LED’in merkezinde çip şeklinde, yarıiletken bir diyot bulunur. Bu diyot, fazlaca elektron içeren n-tipi malzeme ile p-tipi zıt katkılı yarı iletkenler arasındaki aktif katmandan oluşur. Bir reflektör yuva içerisine konulan diyot, maksimum ışık çıkışı için mercek biçimli epoksi ile kaplanır.

Gerilim uygulanması ve elektronların ve boşlukların aktif katmanda karşılaşıp birleşmeleri sonucu, yarı iletkenin enerji yapısındaki dalga boylarında, yani renklerde, ışık çıkışı sağlanır. LED’lerde beyaz renk farklı uygulamalarla elde edilmekle birlikte, genelde mavi ışığın yolu üzerine fosfor konulmasıyla elde edilir. Günümüzde 1 W’tan 3 W’lık LED’lere geçiş başarıyla sağlanmıştır. LED’lerin güçleri arttıkça ısındığı ve özel soğutma teknikleri gerektirdikleri biliniyor. Ayrıca LED’lerin büyüklükleri, çalışma ve aydınlatma şekilleri mevcut armatürlerinkinden tamamen farklı olduğundan, özel fotometrik ölçüm, yöntem ve ekipmanlar gerektiriyor. Ancak LED’lerin küçük ve uzun ömürlü olmaları, enerji verimlilikleri, hızları ve ışık şiddetlerinin kolayca ayarlanabilmesi gibi özellikleri, onlara henüz vazgeçilemeyen avantajlar sağlamış durumda.

Gelecekte aydınlatmada yenilikler ne yönde olacak sorusunun cevabı için ise, başımızı kaldırıp gökyüzüne bakmamız yeterli: En büyük ve en saf ışık kaynağımız Güneş yukarıda, ışığını alıp daha verimli depolamamızı bekliyor. Dünya’da Güneş’in yaydığı 6500 Kelvin renk sıcaklığındaki ışınımın sadece iki milyarda birini alabiliyoruz. Ülkemiz, İspanya’dan sonra, konumu itibariyle Avrupa ülkeleri arasında rekor seviyede güneş ışığı alıyor. Şimdi bilimsel çalışmalar kuantum verimliliği artırılmış güneş hücrelerinin yapımına odaklanmışken, endüstri de çevreye zarar vermeden bunların üretim maliyetlerini düşürmenin yollarını arıyor. İleride dekoratif de olsa, eski ışık kaynaklarından sadece mumları evlerimizde kullanıyor olacağız, ama çok değil 10-20 yıl içinde güneş ışığı ve enerjisi tüm evlere girmiş olacak.