נורה חשמלית

נורת להט

נורה חשמלית היא אביזר לתאורה באמצעות חשמל. המצאתה שינתה את סדר היום של האדם המודרני, והקלה עליו את פעילותו, גם בשעות החשכה.

נהוג לחלק את הנורות לשלוש "משפחות": נורות להט, נורות פריקה ונורות מוליך למחצה מסוג דיודות פולטות-אור (LED).

בנורת הלהט מותקן חוט להט, שהוא מוליך שבו זורם חשמל אשר מביא לחימומו לטמפרטורה של למעלה מ-1,000 מעלות צלזיוס, ועקב כך פולט חוט הלהט קרינת אור בהיר. חוט הלהט עשוי לרוב מטונגסטן, שנקודת ההיתוך שלו היא כ-3,400 מעלות צלזיוס. במשפחת נורות הלהט נכללות נורת הליבון וההלוגן.

נורות פריקה פועלות על פי העיקרון של פריקה חשמלית בגז, הנגרמת כתוצאה ממעבר זרם חשמלי בגז. לפריקה זו תכונה של הופעת קרינה באורכי גל שונים. במשפחת נורות הפריקה נכללות הנורות הפלואורסנטיות לסוגיהן (בהן הקרינה הראשונית היא באור בלתי נראה), נורות הכספית, המתכת-הליד והנתרן.

נורות המוליך-למחצה מפיקות אור על ידי העברת זרם חשמלי בדיודה פולטת אור, שבה כל אלקטרון מאבד אנרגיה ופולט אותה בצורת אור (פוטון).

התכונות העיקריות המאפיינות נורות חשמליות הינן:

• נצילות: היחס בין כמות האור המופקת על ידי הנורה להספק שהיא צורכת.
• אורך חיים: מספר השעות הממוצע בו פועלת נורה מסוג זה. אורך החיים של נורה תלוי גם בתנאי הפעלתה: בעיקר טמפרטורת הסביבה, רעידות ותדירות ההדלקות.
• מסירת צבע (CRI): לכל נורה יש מגוון שונה של אורכי גל אותם היא פולטת, ולפיכך הצבע הנראה של האובייקט המואר מושפע מסוג הנורה המאירה.

נורות להט

נורת ליבון

פיתוח

נורת נרנסט

עיקרון הפעולה של נורת הליבון הודגם לראשונה על ידי וורן דה לה רו בשנת 1840, כאשר חימם חוט להט עשוי פלטינה בתוך מכל ואקום. בשנים 1860-1880 ניסו חוקרים רבים לפתח את נורת הליבון - לא פחות מ-22 ממציאים הציגו נורת ליבון פועלת במהלך שנים אלו. למרות זאת, המצאת נורת הליבון החשמלית מיוחסת פעמים רבות לתומאס אלווה אדיסון (1879), שאכן תרם תרומה נכבדת לפיתוחה ובמיוחד לשיווקה ואף רשם עליה פטנט. בנורות הליבון הראשונות נעשה שימוש בחוט להט מפחמן שהותקן בתוך מכל זכוכית ובו ואקום, על מנת למנוע את שריפת חוט הלהט.

בשנת 1897 פיתח הכימאי הגרמני וחתן פרס נובל לכימיה ולטר נרנסט נורת להט בעלת חוט להט מחומר קרמי. נורה זו היתה יעילה פי שניים והפיצה אור בהיר יותר מהנורה בעלת חוט להט מפחם. נורות נרנסט יוצרו באירופה על ידי חברת AEG ובארצות הברית על ידי ג'ורג' וסטינגהאוס יריבו של אדיסון, בחברת Nernst Lamp Company.

בשנת 1905 פיתח ויליאם דיוויד קולידג' חוט להט עשוי טונגסטן. אירווינג לאנגמיור גילה כי מילוי השפופרת בגז אציל מאריך את חיי הנורה בצורה משמעותית - גז אציל אינו מגיב כימית עם חומרים אחרים, ובפרט הוא אינו מגיב עם חוט הלהט. לכן, החל משנת 1925 מולאו נורות הליבון בגז אינרטי (גז שאינו מגיב עם החוט), בדרך כלל ארגון או חנקן.

שריפת נורה

בזמן שבחוט הלהט עובר זרם חשמלי ומתחמם, מתנדפים אטומים של הטונגסטן עקב הטמפרטורה שלו (ומתעבים על פני הזכוכית). תהליך זה מקטין את העובי של חוט הלהט ומגדיל את ההתנגדות החשמלית שלו. עם חלוף הזמן, במקום שבו החוט דק יחסית, עקב ההתנגדות הגבוהה יותר, עולה יותר הטמפרטורה המקומית ואז קצב הנידוף המקומי גדל. בסופו של דבר החוט ניתך ומתנתק והנורה מסיימת בכך את חייה (בלשון העם "נורה שרופה").

נצילות

מכיוון שהקרינה הנפלטת מנורת ליבון היא בקירוב קרינת גוף שחור (שהטמפרטורה שלו היא בין 2000 ל-3000 קלווין), רובה הגדול היא באורכי גל שאינם נראים לעין. לכן הנצילות האורית של נורת ליבון היא נמוכה מאד, עד כדי 15-8 לומן לוואט. רק אחוזים בודדים מהאנרגיה החשמלית המושקעת בחימום חוט הלהט לטמפרטורה גבוהה הופכת לאור, ואילו שאר האנרגיה הופכת לחום. אורך חיי נורת ליבון הוא כ-1,000 שעות הדלקה. הניצולת של נורות ליבון עולה ביחס ישר להספק.

ערכי נצילות אורית של נורת ליבון:

• 40 ואט - 415 לומן כלומר 10.4 לומן לואט.
• 60 ואט - 710 לומן כלומר 11.8 לומן לואט.
• 75 ואט - 940 לומן כלומר 12.5 לומן לואט.
• 100 ואט - 1340 לומן כלומר 13.4 לומן לואט.

מכאן שעדיף להשתמש בנורה אחת של 100W מאשר בשתיים של 50W (בהנחה שהן באותו מקום).

הנצילות האורית המוצגת כאן היא ביחידות של לומן לוואט, אך לעתים משתמשים גם בהגדרת נצילות חסרת יחידות. על פי ההגדרה חסרת היחידות, הנצילות מודדת את היחס בין האנרגיה השימושית לתאורה לכלל צריכת האנרגיה של הנורה (האחוזים הבודדים שהוזכרו כמאפיינים נורות להט).

איסור מכירה

בשל היות נורת הליבון אמצעי תאורה עם יעילות נמוכה, נידונה במספר ארצות (וישראל בתוכן) האפשרות לאסור על מכירתן של נורות אלו. במספר מדינות אף נקבעו בחקיקה מועדים להפסקת הייצור של נורות ליבון (אוסטרליה לדוגמה).

החל ב 1.1.2012 אסור למכור בארץ נורות הלוגן ונורות ליבון מעל 60 וואט שהדירוג האנרגטי שלהן נמוך מC. כמו כן, אסור לייצר אותן לשימוש בארץ או לייבא.

נורת הלוגן

נורת הלוגן

נורת הלוגן היא גרסה משופרת של נורת ליבון. בנוסף למרכיבים של נורת ליבון מוסיפים לה כמות קטנה של יסוד ממשפחת ההלוגן: יוד, ברום ולעתים רחוקות, כלור. הוספת ההלוגן גורמת לתגובות כימיות עם הטונגסטן המתנדף ומחזירה אותו לחוט הלהט. בועת הזכוכית עשויה קוורץ אשר אינו מתרכך בטמפרטורה הגבוהה שיוצר חוט הלהט בנורה זו. האור שלה לבן יותר מזה של נורת הליבון הרגילה (שיא הספקטרום שלה קרוב יותר לתחום הנראה ופחות אנרגיה משתחררת בתחום התת-אדום שהוא בלתי נראה) ולכן יש בה שיפור בנצילות לעומת נורת הליבון, 22-33 לומן לוואט, וכן אורך החיים שלה כפול. חסרונות של נורה זו: מחירה היקר, רגישותה למגע יד אדם היוצר כתמים קבועים במעטפת המנורה (יש להרכיבה ללא נגיעה ישירה בה) המקצרים את חייה ומגדילים את הסיכויים שלה להתפוצץ, הטמפרטורה הגבוהה שלה (כ־600 מעלות) דבר שעלול לגרום לדליקות, ונפיצותה בהספקים גבוהים שבזבזניים בצריכת חשמל, שרובו לא מנוצל לתאורה (לדוגמא: גוף תאורה המופנה לתקרה עם נורת הלוגן של 300W בסלון, יפיק פחות אור מאשר נורת ליבון רגילה חשופה של 100W).

נורות פריקה

נורה פלואורסצנטית

ערך מורחב – נורה פלואורסצנטית

נורה פלואורסצנטית מודרנית

נורה פלואורסצנטית קומפקטית. השימוש בה בסוף העשור הראשון של המאה העשרים ואחת, הפך להיות פופולרי מאוד.

נורה פלואורסצנטית היא נורה חשמלית המאירה באמצעות יצירה של קרינה פלואורסצנטית. הנורה הפלואורסצנטית הומצאה על ידי הצרפתי ג'ורג' קלאוג בשנת 1911, על בסיס המצאת שפופרת הפלואורסנט בידי אנרי בקרל בשנת 1867.

נורה פלואורסצנטית היא נורת פריקה שמשתמשת בחשמל על מנת לשחרר גז מסוג ארגון או קריפטון באדי כספית, כך שנוצרת פלזמה המפיקה אור על-סגול לטווח קצר. אור זה תורם בתורו לזריחה של קרינה פלואורסצנטית אשר מפיקה אור.

לנורה הפלואורסצנטית ניצולת גבוהה של כ- 105-50 לומן לוואט. (נורה פלואורסצנטית סטנדרטית בהספק של 36W מפיקה 2,500 לומן) ואורך חיים שמגיע עד 10,000-15,000 שעות עבודה. נורה זו צריכה אביזרי עזר לשם הפעלתה כמו מתנע (סטרטר) ומשנק המחובר בטור לוויסות עוצמת הזרם לנורה.

הנורה בנויה משפופרת זכוכית, המכילה גז, על פי רוב ארגון או קריפטון, בלחץ נמוך מאוד שונועדו לעזור ביצירת הפלזמה שדרכה עובר הזרם החשמלי בנורה לאחר ההתנעה וכן אדי כספית. השפופרת מצופה מצידה הפנימי בציפוי זרחני שכאשר פוגעת בו קרינה אולטרה-סגולה, פולט אור בתחום הנראה לעין. בקצות השפופרת מותקנים חוטי להט לחימום ראשוני של הנורה שהופכים לאחר שלב ההתנעה ל- אנודה וקתודה. החלק החשוב ביותר של הנורה הוא אדי הכספית. אדי הכספית פולטים קרינה אולטרה סגולה כאשר עובר דרכם זרם, וזו פוגעת בזרחן וגורמת לו לפלוט אור נראה. בחלק הקר ביותר של הנורה, אדי כספית מתעבים ככספית נוזלית.

נורות פלואורסצנטיות קומפקטיות דומות יותר בגודלן (וחלק גם בצורתן החיצונית) לנורת ליבון. השימוש בהן הולך וגדל בשל הנצילות הגבוהה בהשוואה לנורות ליבון וההדלקה המהירה שלהן יחסית לנורה פלואורסצנטית רגילה. ההדלקה המהירה נובעת משימוש במשנקים אלקטרוניים. הניצולת של רוב הנורות הפלואורסצנטיות הקומפקטיות היא בסביבות 43-55 לומן/וואט ורק ליקרות שבהן (אלו שאיננן מכילות בית מנורה רגיל, ודורשות שימוש במשנק חיצוני) יש נצילות גבוהה יותר. לנורה זו יש אורך חיים גבוה מזה משל נורות ליבון, אך קצר באופן משמעותי מנורה פלאורסצנטית רגילה המופעלת ע"י משנק מגנטי. ב-2008 מחירה של נורה זו עדיין יקר באופן משמעותי ביחס לנורת ליבון רגילה (בין 10 ל-40 שקלים בישראל).

נורת כספית

בנורת כספית שהומצאה בידי פטר קופר הוויט בשנת 1903 ישנו מעבר של זרם חשמלי באדי כספית שהמעבר בו גורם להתפרקותו. נורות אלו שאורן עז, משמשות בעיקר לתאורת רחובות וחוץ, צבע אורן כחלחל חיוור, ואינו מאפשר הבחנה טובה בצבעים. ההדלקה נעשית בהשהיה בדומה לנורה פלואורוסנטית, במיוחד אם הדבר נעשה בסמוך לכיבויה. נורה זו לעתים נכבת ונדלקת לסירוגין.

נורת מתכת הליד

עקרון פעולתה הוא זרם חשמלי באדי כספית ובאדי הלידים של מתכות שונות. הנורה הומצאה ע"י חברת ג'נרל אלקטריק האמריקאית כגרסה משופרת של נורת הכספית. נורה זו מחייבת שימוש במשנק, שהוא אביזר חשמלי, המווסת את הזרם הנכנס לנורה, ובמצת, הנותן את המתח הגבוה הדרוש להפעלת הנורה. הניצולת החשמלית שלה 80-120 לומן לוואט, אורך חייה הנו 5000-12,000 שעות וגוון צבעה לבן. מגוון הצבעים של נורת מתכת הליד זהה לזה של נורות פלואורסצנטיות, מלבן צהבהב ועד לבן כחלחל. כמוכן, קיימות גם נורות מתכת הליד צבעוניות שמשמשות להארת בניינים ללא צורך בפילטר מיוחד (להבדיל מנורות הלוגן וליבון). נורה זו משמשת לתאורת חוץ ופנים, במקומות בהם נדרשת העברת צבעים טובה כמו קניונים, חנויות, אצטדיונים, מפעלים ושטחי מסחר (ולאחרונה גם לתאורת רחוב, כתחליף לנורת הנתרן). בנוסף, מתרבה השימוש בנורות מתכת הליד (בתוספת קסנון להארה מיידית מרגע ההדלקה) גם בפנסים הקדמיים של רכבי יוקרה (בלשון העם: פנסי קסנון).

נורות נתרן

יש שני סוגים של נורות סודיום (נתרן): נורת נתרן לחץ נמוך (נל"נ) ונורת נתרן לחץ גבוה (נל"ג).

נורת הנל"נ היא בעלת הניצולת הגבוהה ביותר מבין כל סוגי הנורות (130 לומן לוואט). אורך החיים של נורת נל"נ הנו כ-24,000 שעות. לאור המופק ממנה צבע כתום עז והוא יעיל מאוד בחדירה מבעד לערפל. השימוש העיקרי של נורות אלו הנו לתאורת כבישים ומנהרות. נורות אלו נדירות מאוד בישראל.

נורת הנל"ג היא הנורה העיקרית המשמשת לתאורת כבישים ורחובות. נצילותה גבוהה (90-130 לומן לוואט). אורך החיים עד 20,000 שעות וגוון הצבע צהבהב. נורת הנל"ג ידועה גם לגידול צמחים בשיטת ה "הידרו" קיימת נורת בעלת דואל ספקטרום בזכות יכולתיה של הנורה לספק את כל גווני הספקטרום שהצמחים קולטים: האור הכחלחל ביחד עם האור הכתום והאדום. עם סיום חיי הנורה, הנורה נכבית ונדלקת מחדש במחזורים מדודים.

נורות לד

נורת ניאון

נורת ניאון הינה נורה קטנה וחלשה, המאירה בצבע אדום כתמתם. הנורה משמשת בנורות לילה (נדיר מאוד בישראל, נפוץ יותר בבריטניה), במקומות הדורשים להראות קיום של מתח חשמלי, כגון מפסקים של דוד חשמלי, כנורית חיווי למכשירי חשמל ובתוך מברגי חשמלאים. צריכת הזרם של נורת הנאון מזערית. הנורה בנויה משני מולכים, הנמצאים בתוך שפורפרת קטנה מלאה בגז ניאון. הנורה פועלת במתחים גבוהים בלבד, מ 80V ומעלה. המתח הגבוה גורם לקריעה של אלקטרונים מגז הנאון, וכך נסגר מעגל חשמלי.

דיודות פולטות-אור (נורות לד)

ערך מורחב – דיודה פולטת אור

• דיודות פולטות-אור: נורה זו מורכבת מדיודה פולטת אור. במאה ה-20 רוב השימוש בהן היה בתור נורות ביקורת למיכשור חשמלי. בתחילה סימן ההיכר שלהם היה צבע אדום, וכיום בצבעים שונים.

מארז נורות לד לתאורה ביתית

• דיודות פולטות-אור לבנות - WLED: בסוף המאה ה-20 פותחו ביפן דיודות פולטות-אור לתאורה. היתרון של נורות אלה היא ניצולת האנרגיה הגבוהה ואורך החיים המשוער - עד 60,000 שעות פעולה.

ראו גם

• תומאס אלווה אדיסון

קישורים חיצוניים

• אתר על נורות (באנגלית)

מיזמי קרן ויקימדיה
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: נורות