Kaarilamppu

Kaarilampun keksi englantilainen tiedemies Sir Humphry Davy[1] varhain 1800-luvulla. Tarkat vuosiluvut 1802, 1805, 1807 ja 1809 ovat oletuksia; hänen jälkeensä jättämät muistiinpanot ovat aikamääritysten suhteen epämääräisiä. Hän havaitsi että jos kahteen hiilipuikkoon johdettiin voimakas sähkövirta, niiden välille syttyvä valokaari muodosti poikkeuksellisen voimakasta ja puhtaanvalkoista valoa. Kaarilampun toiminta perustuu siis nimensä mukaisesti valokaareen.

Vuonna 1846 Fredrick Hale Holmes patentoi valokaarilampun. Laitettaan hän oli kehitellyt työskennellessään Brysselissä. Englannissa hän esitteli laitteensa Michael Faradaylle, joka oivalsi valaisimen käyttökelpoisuuden majakoissa. Ensimmäinen valo asennettiin South Forelandin majakkaan 1858.[2]

Suomessa kaarilamppua kokeiltiin ensimmäisen kerran 10. joulukuuta 1877 valtionrautateiden konepajalla Helsingissä. Seuraavana vuonna 1878 Carl Kämpin Kaivopuistossa sijainneen ravintolan puutarhaa valaistiin kahden kuukauden ajan kaarilampuilla.[3]

Alun perin kaarilamput toimivat juuri hiilielektrodeilla, jotka kuitenkin paloivat nopeasti loppuun. Tätä varten kaarilamppuihin kehitettiin mekanismi, jolla elektrodien etäisyyttä toisistaan voitiin säätää, ja aina hiilten palaessa niitä voitiin säätönupeista siirtää lähemmäs toisiaan.

Käytettävyyden kannalta olennainen parannus oli hiilielektrodien sulkeminen jalokaasutäytteisiin lasiputkiin, jotka lisäsivät lampun käyttöikää jopa sataan käyttötuntiin. Lasiputkessa olevat kaarilamput olivat myös helpompia käsitellä ja niiden täyttäminen jalokaasulla esti hiilten reagoimisen hapen kanssa ja varsinaisen palamisen.

Lasiputket myös absorboivat valokaarten muodostaman, silmille vaarallisen ultraviolettisäteilyn osittain tai kokonaan pois.

Nykyaikaisissa kaarilampuissa elektrodit ovat volframia, joka kestää sulamatta ja muotoaan muuttamatta valokaaren muodostaman useiden tuhansien asteiden lämpötilan.

Kaarilampun syttyminen edellyttää elektrodien välisen kaasun ionisoitumisen, jotta se voi johtaa sähköä ja näin muodostaa valokaaren.

Ionisoituminen ja sytyttäminen saadaan aikaan kuristimella, joka on kytkettynä sarjaan elektrodeille menevän virtapiirin kanssa. Kuristimelle johdetaan aluksi matalampi jännite, joka katkaistaan, ja näin kuristimen rautasydämeen muodostuneen magneettikentän romahtaminen indusoi kuristimen käämiin suurjännitepiikin, joka muodostaa kipinän elektrodien välille.

Näin muodostunut kipinä ionisoi elektrodien välissä olevan kaasun jolloin valokaari voi syttyä ja elektrodeille johdetaan suurempi, useiden kilovolttien suuruinen jännite, joka ylläpitää muodostunutta valokaarta.

Varhaiset kaarilamput mahdollistivat muun muassa ensimmäisten kunnollisten valonheitinten rakentamisen ja niitä alettiin käyttää muun muassa merenkulussa merkkivaloina. Samoin joissakin majakoissa kokeiltiin kaarilampun käyttöä valonlähteenä, nämä kokeilut yleensä päättyivät lyhyeen: sähkön tuotanto vaati oman sähkövoimalan, koska yleistä sähköverkkoa ei vielä ollut ja höyrykäyttöisen sähkövoimalan käyttö ja rakentaminen olisi tullut kohtuuttoman kalliiksi. Höyrylaivoissa kaarilamppujen käyttö ei puolestaan ollut ongelmallinen, koska aluksiin voitiin helposti asentaa ylimääräinen valonheittimille sähköä tuottava, generaattoria käyttävä voimakone.

Kaarilamppujen kehittyessä ne suorastaan mullistivat niin jäämerenkulun kuin luotsienkin työskentelyn: 1900-luvun alussa niitä alettiin asentaa ensin majakkalaivoihin ja sittemmin myös tarkastusaluksiin.

1880-luvun jälkipuolella kaarivalolla toimivat valonheittimet alkoivat yleistyä muissakin käyttökohteissa. Nykyisin hiilielektrodiset kaarilamput ovat poistuneet käytöstä, mutta kohteissa joissa tarvitaan erittäin kirkasta ja valkoista valoa, kuten esimerkiksi elokuvaprojektorit, käytetään edelleen volframielektrodisia, jalokaasutäytteisiä kaarilamppuja.

Kaarilampun ovat kuitenkin esimerkiksi katuvalaisimissa korvanneet nykyaikaiset voimakasvaloiset kaasupurkauslamput, jotka ovat toimintaperiaatteensa puolesta eräällä tavalla varsinaisen kaarilampun jälkeläisiä.