- Lampki żarowe były łączone szeregowo – napięcie sieci dzieliło się na wszystkie żarówki, dlatego każda pracowała na kilku–kilkunastu woltach.
- Jedna spalona żarówka przerywała obwód – brak ciągłości oznaczał zgaśnięcie całego łańcucha.
- Bocznik (shunt) ratował resztę lampek – po przepaleniu włókna następowało zwarcie żarówki, dzięki czemu reszta mogła świecić dalej.
- Efekt domina skracał żywotność kompletu – im mniej żarówek w obwodzie, tym wyższe napięcie na pozostałych i szybsze kolejne awarie.
- LED-y działają inaczej – układy szeregowo-równoległe sprawiają, że awaria jednej diody gasi tylko fragment łańcucha, a nie całość.
To był coroczny rytuał lat 90. Cała rodzina zgromadzona nad łańcuchem lampek, wykręcająca po kolei każdą żarówkę, szukając tej jednej zdrajczyni, która przepaliła się i przerwała obwód. Dziś, w erze LED-ów zasilanych równolegle (lub mieszanie), zapominamy o tym problemie. Jednak jako elektrycy warto, abyśmy przypomnieli sobie i klientom, dlaczego tak się działo. To doskonała lekcja fizyki o obwodach szeregowych, dzielnikach napięcia i... sprytnych inżynierskich trikach.
Zacznijmy od podstaw, które dla elektryka są oczywiste, ale dla laika stanowią czarną magię. Dlaczego mała żaróweczka w starym komplecie choinkowym nie wybuchała po podłączeniu do gniazdka 230 V?
Prawo Kirchhoffa na choince
Sekret tkwił w połączeniu szeregowym. W takim układzie prąd ma tylko jedną drogę przepływu. Płynie od źródła, przez pierwszą żarówkę, drugą, trzecią... aż do ostatniej i wraca do źródła.
Dla nas, fachowców, kluczowe jest tutaj II Prawo Kirchhoffa. Suma spadków napięć na poszczególnych elementach w obwodzie zamkniętym jest równa napięciu źródła.Jeśli mieliśmy klasyczny komplet choinkowy składający się z 20 żarówek, a napięcie w sieci wynosiło (wtedy) 220 V (dziś 230 V), to na każdą żarówkę przypadało:
Dlatego właśnie pojedyncza żaróweczka wyjęta z kompletu i podłączona do baterii 12 V świeciła normalnie, ale podłączona do gniazdka 230 V wyparowałaby w ułamku sekundy. Cały łańcuch działał jak jeden wielki dzielnik napięcia.
Przerwa w obwodzie – dlaczego wszystko gaśnie?
W połączeniu szeregowym, jeśli wykręcimy jedną żarówkę lub jej włókno wolframowe ulegnie przepaleniu, obwód zostaje fizycznie przerwany. To tak, jakbyśmy przecięli przewód szczypcami. Elektrony nie mają jak przeskoczyć "dziury", prąd przestaje płynąć w całym łańcuchu.
To proste. Ale tutaj pojawia się ciekawszy wątek, o którym wie niewielu użytkowników.
Sekret inżynierów: Dlaczego czasem jedna gaśnie, a reszta świeci?
Czy zdarzyło Wam się widzieć komplet lampek (tradycyjnych, nie LED), w którym jedna żarówka była czarna i spalona, a mimo to reszta łańcucha świeciła? Przecież przed chwilą ustaliliśmy, że spalenie włókna przerywa obwód!
Tutaj wchodzi bocznik (shunt) – genialne w swojej prostocie zabezpieczenie.
Producenci lepszej jakości lampek (np. słynnych polskich kompletów z Polam) stosowali wewnątrz bańki żarówki, tuż pod włóknem żarzenia, specjalny drucik owinięty kilkoma zwojami cienkiego drutu oporowego lub pokryty warstwą tlenku.
Jak to działa?
- Gdy żarówka świeci, prąd płynie przez włókno wolframowe (mniejszy opór).
- Gdy włókno się przepala, na zaciskach tej konkretnej żarówki pojawia się pełne napięcie sieci (230 V) – ponieważ reszta obwodu "nie stawia oporu" wobec przerwy.
- To wysokie napięcie powoduje przebicie warstwy tlenkowej na boczniku.
- Bocznik zwiera obwód (robi "zworkę").
- Prąd znów płynie, omijając spalone włókno. Reszta lampek świeci.
Mroczna strona bocznikowania – Efekt domina
To rozwiązanie ma jednak wadę, o której musimy ostrzegać. Wróćmy do naszego wzoru. Mamy 20 żarówek. Jedna się przepala i zostaje zmostkowana przez bocznik. Fizycznie w obwodzie czynnym mamy teraz 19 odbiorników.
Napięcie na pozostałych żarówkach wzrasta. Świecą one jaśniej, ale ich żywotność drastycznie spada. Jeśli przepali się kolejna (zostaje 18), napięcie rośnie do 12,7 V. To uruchamia lawinę. Kolejne żarówki palą się jedna po drugiej w przyspieszonym tempie, aż w końcu któraś nie wytrzyma, bocznik nie zadziała i cały komplet zgaśnie definitywnie.
Dlatego stara zasada mówiła: spaloną żarówkę wymieniaj natychmiast!
A jak to jest z LED-ami?
Współczesne łańcuchy LED to inna bajka. Diody LED wymagają prądu stałego i niskiego napięcia (ok. 3V). W tanich zestawach chińskich wciąż stosuje się łączenie szeregowe (dlatego czasem widzimy "mruganie" o częstotliwości 50Hz, jeśli prostownik jest kiepski), ale coraz częściej są to układy szeregowo-równoległe.
Łańcuch podzielony jest na sekcje (np. po 10 diod). Jeśli spali się jedna dioda, gaśnie tylko jej sekcja (np. 2 metry łańcucha), a nie cały dom. Co więcej, diody rzadko przepalają się w sposób "otwarty" – często ulegają zwarciu, co (podobnie jak bocznik) pozwala reszcie świecić dalej, choć zagraża to sterownikowi.
Jak znaleźć spaloną żarówkę? Trik dla elektryka
Na koniec life-hack dla tych, którzy wciąż mają sentyment do starych lampek i chcą je naprawić. Jak znaleźć tę jedną spaloną w gąszczu 50 sztuk bez sprawdzania każdej z osobna?
Użyj bezdotykowego próbnika napięcia (tzw. fazera).
- Włącz lampki do gniazdka (musisz znać, który przewód to faza L).
- Przesuwaj próbnik wzdłuż przewodu od wtyczki. Będzie piszczał.
- W miejscu, gdzie jest przerwa (spalona żarówka), potencjał fazy zniknie (lub drastycznie spadnie), a próbnik przestanie piszczeć.
- Winowajca znaleziony!
Podsumowanie
Stare lampki choinkowe to piękny przykład na to, jak prosta fizyka potrafi uprzykrzyć życie. Choć technologia poszła do przodu i LED-y wyparły żarówki, mechanizm połączenia szeregowego wciąż jest stosowany. Warto o tym pamiętać, gdy w te święta, zamiast kolędowania, usłyszycie "tato, lampki zgasły!".
Komentarze (0)