Для искусственного освещения применяют электрические лампы двух типов -- лампы накаливания (ЛН) и газоразрядные лампы (ГЛ).

Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение (свет) в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

В газоразрядных лампах видимое излучение возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов или паров металлов, которыми заполняется колба лампы. Газоразрядные лампы называют люминесцентными, т. к. изнутри колбы покрыты люминофором, который под действием ультрафиолетового излучения, излучаемого электрическим разрядом, светится, преобразуя тем самым невидимое ультрафиолетовое излучение в свет.

Лампы накаливания наиболее широко распространены в быту из-за своей простоты, надежности и удобства эксплуатации. Находят они применение и на производстве, организациях и учреждениях, но в значительно меньшей степени. Это связано с их существенными недостатками: низкой светоотдачей -- от 7 до 20 лм/Вт (светоотдача лампы -- это отношение светового потока лампы к ее электрической мощности); небольшим сроком службы -- до 2500 часов; преобладанием в спектре желтых и красных лучей, что сильно отличает спектральный состав искусственного света от солнечного. В маркировке ламп накаливания буква В обозначает вакуумные лампы, Г -- газонаполненные, К -- лампы с криптоновым наполнением, Б -- биспиральные лампы.

Газоразрядные лампы получили наибольшее распространение на производстве, в организациях и учреждениях прежде всего из-за значительно большей светоотдачи (40...ПО лм/Вт) и срока службы (8000...12000 часов). Из-за этого газоразрядные лампы в основном применяются для освещения улиц, иллюминации, световой рекламы. Подбирая сочетание инертных газов, паров металлов, заполняющих колбы ламп, и люминоформа, можно получить свет практически любого спектрального диапазона -- красный, зеленый, желтый и т. д. Для освещения в помещениях наибольшее распространение получили люминесцентные лампы дневного света, колба которых заполнена парами ртути. Свет, излучаемый такими лампами, близок по своему спектру к солнечному свету.

К газоразрядным относятся различные типы люминесцентных ламп низкого давления с разным распределением светового потока по спектру: лампы белого света (ЛБ); лампы холодно-белого света

(ЛХБ); лампы с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ); лампы тепло-белого света (ЛТБ); лампы, близкие по спектру к солнечному свету (ЛЕ); лампы холодно-белого света улучшенной цветопередачи (ЛХБЦ).

К газоразрядным лампам высокого давления относятся: дуговые ртутные лампы высокого давления с исправленной цветностью (ДРЛ); ксеноновые (ДКсТ), основанные на излучении дугового разряда в тяжелых инертных газах; натриевые высокого давления (ДНаТ); металлогалогенные (ДРИ) с добавкой йодидов металлов.

Лампы ЛЕ, ЛДЦ применяются в случаях, когда предъявляются высокие требования к определению цвета, в остальных случаях -- лампы ЛБ, как наиболее экономичные. Лампы ДРЛ рекомендуются для производственных помещений, если работа не связана с различением цветов (в высоких цехах машиностроительных предприятий и т. п.), и наружного освещения. Лампы ДРИ имеют высокую световую отдачу и улучшенную цветность, применяются для освещения помещений большой высоты и площади.

Источники света обладают различной яркостью. Максимальная переносимая человеком яркость при прямом наблюдении составляет 7500 кд/м2.

Однако газоразрядные лампы наряду с преимуществами перед лампами накаливания обладают и существенными недостатками, которые пока ограничивают их распространение в быту.

Это пульсация светового потока, которая искажает зрительное восприятие и отрицательно воздействует на зрение.

При освещении газоразрядными лампами может возникнуть стробоскопический эффект, заключающийся в неправильном восприятии скорости движения предметов. Опасность стробоскопического эффекта при использовании газоразрядных ламп состоит в том, что вращающиеся части механизмов могут показаться неподвижными и стать причиной травматизма. Пульсации освещенности вредны и при работе с неподвижными поверхностями, вызывая быстрое утомление зрения и головную боль.

Ограничение пульсаций до безвредных значений достигается равномерным чередованием питания ламп от различных фаз трехфазной сети, специальными схемами подключения. Однако это усложняет систему освещения. Поэтому люминесцентные лампы не нашли широкого применения в быту. К недостаткам газоразрядных ламп относится: длительность их разгорания, зависимость их работоспособности от температуры окружающей среды, создание радиопомех.

Другой причиной, по-видимому, является следующее обстоятельство. Психологическое и отчасти физиологическое воздействие на человека цветности излучения источников света несомненно в значительной степени связано с теми световыми условиями, к которым человечество приспособилось за время своего существования. Далекое и холодное голубое небо, создающее в течение большей части светового дня высокие освещенности, вечером -- близкий и горячий желто-красный костер, а затем пришедшие ему на смену, но аналогичные по цветности «лампы сгорания», создающие, однако, низкие освещенности, -- таковы световые режимы, приспособлением к которым, вероятно, объясняются следующие факты. У человека наблюдается более работоспособное состояние днем при свете преимущественно холодных оттенков, а вечером при теплом красноватом свете лучше отдыхать. Лампы накаливания дают теплый красновато-желтый цвет и способствуют успокоению и отдыху, лю-минесцентные лампы, наоборот, создают холодный белый цвет, который возбуждает и настраивает на работу.

От применяемого типа источников света зависит правильность цветопередачи. Например, темно-синяя ткань при свете ламп накаливания кажется черной, желтый цветок -- грязно-белым. Т. е. лампы накаливания искажают правильную цветопередачу. Однако есть предметы, которые люди привыкли видеть преимущественно вечером при искусственном освещении, например, золотые украшения «естественнее» выглядят при свете ламп накаливания, чем при свете люминесцентных ламп. Если при выполнении работы важна правильность цветопередачи -- например, на уроках рисования, в полиграфической промышленности, картинных галереях и т. д. -- лучше применять естественное освещение, а при его недостаточности -- искусственное освещение люминесцентных ламп.

Таким образом, правильный выбор цвета для рабочего места значительно способствует повышению производительности труда, безопасности и общему самочувствию работников. Отделка поверхностей и оборудования, находящегося в рабочей зоне, точно также способствует созданию приятных зрительных ощущений и приятной рабочей обстановки.

Обычный свет состоит из электромагнитных излучений с различными длинами волн, каждое из которых соответствует определенному диапазону видимого спектра. Смешивая красный, желтый и голубой свет, мы можем получить большинство видимых цветов, включая белый. Наше восприятие цвета предмета зависит от цвета света, которым он освещен и от того, каким образом сам предмет отражает цвет.

Источники света подразделяются на следующие три категории в зависимости от цвета света, который они излучают:

• *«теплого» цвета (белый красноватый свет) -- рекомендуются для освещения жилых помещений;
• *промежуточного цвета (белый свет) -- рекомендуются для освещения рабочих мест;
• *«холодного» цвета (белый голубоватый свет) -- рекомендуются при выполнении работ, требующих высокого уровня освещенности или для жаркого климата.

Таким образом, важной характеристикой источников света является цвет светового излучения. Для характеристики цвета излучения введено понятие цветовой температуры.

Цветовая температура- такая температура черного тела, при которой его излучение имеет такую же цветность, как и рассматриваемое излучение. Действительно при нагреве черного тела его цвет изменяется от теплых оранжево-красных до холодных белых тонов. Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина (°К). Связь между градусами по шкале Цельсия и по шкале Кельвина следующая: °К = °С + 273. Например, О °С соответствует 273 °К.

Пример источника света относящийся к первому классу. Лампа накаливания общего применения в прозрачной колбе

Пример источника света относящийся ко второму классу. Дуговая натриевая лампа в прозрачной колбе

Пример источника света относящийся к третьему классу. Лампа смешанного типа в колбе покрытой люминофором

Пример источника света относящийся к четвертому классу. Светодиодная лампа выполненная в форме лампы накаливания общего применения

Классификация источников света

Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы ни использовалось искусственное освещение. Начало развития отрасли производства источников света было положено в 19 веке. Поводом для этого послужило изобретение дуговых ламп и ламп накаливания.

Тело, излучающее свет в результате преобразования энергии называется источником света. Почти все производимые в настоящее время типы источников света являются электрическими. Это значит, что для создания светового излучения в качестве первичной затрачиваемой энергии используют электрический ток. Источниками света считают приборы с излучением света не только в видимой части спектра (длинны волн 380 - 780 нм), но и ультрафиолетовой (10 - 380 нм) и инфракрасной (780 - 10 6 нм) областях спектра.

Различают следующие виды источников света: тепловые, люминесцентные и светодиодные.

Тепловые источники излучения являются самыми распространенными. Излучение в них появляется вследствие нагревания тела накала до темпер, при которых появляется не только тепловое излучение в инфракрасном спектре, но и наблюдается видимое излучение.

Люминесцентные источники излучения способны излучать свет не зависимо от того в каком состоянии находится их излучающее тело. Свечение в них возникает через преобразование различных видов энергии непосредственно в оптическое излучение.

На основании изложенных различий источники света делят на четыре класса.

Тепловые

Сюда относят всевозможные , включая галогенные, а также электрические инфракрасные нагреватели и угольные дуги.

Люминесцентные

К ним относят следующие виды электрических ламп: дуговые , различные лампы тлеющего разряда, низкого давления, лампы дугового, импульсного и высокочастотного разряда, в том числе и те, в которые добавлены пары металлов или на колбу которых нанесено люминофорное покрытие.

Смешанного излучения

Такие виды ламп освещения одновременно используются тепловое и люминесцентное излучение. Примером могут служить дуги высокой интенсивности.

Светодиодные

К светодиодным источникам света относят все типы ламп и световых приборов с использованием светоизлучающих диодов.

Кроме того, существуют другие признаки по которым производится классификация ламп (по области применения, конструктивно-технологическим признакам и тому подобные).

Основные параметры источников света

Световые, электрические и эксплуатационные свойства электрических источников света характеризуют рядом параметров. Сравнение параметров нескольких источников света, для их использования в той или иной области применения, позволяет остановиться на наиболее подходящем из них. Сопоставляя параметры отдельных экземпляров одного и того же источника света, обращая внимание на место и время изготовления, можно судить о качестве и технологическом уровне их производства.

Перечислим основные электрические характеристики ламп и в целом всех источников света:

Номинальное напряжение - напряжение, при котором лампа работает в наиболее экономичном режиме и на которое она рассчитывалась для ее нормальной эксплуатации. Для лампы накаливания номинальное напряжение равно напряжению питающей электрической сети. Обозначается такое напряжение U л.н и измеряется в вольтах. Газоразрядные лампы такого параметра не имеют, так как напряжение разрядного промежутка определяется характеристиками примененного для ее стабилизации пускорегулирующего аппарата (ПРА).

Номинальная мощность P л.н - расчетная величина характеризующая мощность потребляемую лампой накаливания при ее включении на номинальное напряжение. Для газоразрядных ламп, в цепь которых включают пускорегулирующие аппараты, номинальная мощность считается основным параметром. Основываясь на ее значении, путем экспериментов, определяются остальные электрические параметры ламп. Нужно учесть, что для определения мощности потребляемой из сети нужно сложить мощности лампы и пускорегулирующего аппарата.

Номинальный ток лампы I л.н - ток потребляемый лампой при номинальном напряжении и номинальной мощности.

Род тока - переменный или постоянный. Данный параметр нормируется только для газоразрядных ламп. Он влияет на другие параметры (кроме указанных ранее), которые изменяются с изменением рода тока, причем это относится к лампам, работающим только на постоянном или только на переменном токе.

Основными световыми параметрами источников света являются:

Световой поток , излучаемый лампой. Для измерения светового потока лампы накаливания ее включают на номинальное напряжение. У газоразрядных ламп измерение производят когда она работает на номинальной мощности. Световой поток обозначается буквой Ф (латинская фи). Единицей измерения светового потока является люмен (лм).

Сила света. Для некоторых видов вместо светового потока используются параметры средняя сферическая сила света или яркость тела накала. Для таких ламп они являются основными светотехническими параметрами. Используемые обозначения для силы света I v , I v Θ , для яркости - L , их единицы измерения - соответственно кандела (кд) и кандела на квадратный метр (кд/м 2).

Световая отдача лампы , это отношение светового потока лампы к ее мощности

Единица световой отдачи - единица измерения параметра люмен на ватт (Лм/Вт). С помощью этого параметра можно оценить эффективность применения источников света в осветительных установках. Однако в качестве характеристики облучательных ламп используют другой параметр - величину отдачи потока излучения.

Стабильность светового потока - процентное отношение величины снижения светового потока в конце срока службы лампы к первоначальному световому потоку.

К эксплуатационным параметрам источников света относят параметры, характеризующие эффективность источника в определенных эксплуатационных условиях:

Полный срок службы τ полн - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до полного отказа (перегорание лампы накаливания, отказ в зажигании для большинства газоразрядных ламп).

Полезный срок службы τ п - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до снижения светового потока до уровня, при котором дальнейшая его эксплуатация становится экономически невыгодной.

Средний срок службы τ - основной эксплуатационный параметр лампы. Он представляет собой среднеарифметическое полных сроков службы групп ламп (не менее десяти) при условии, что среднее значение светового потока ламп группы к моменту достижения среднего срока службы осталось в пределах полезного срока службы, то есть при заданной стабильности светового потока. Это параметр особенно важен для ламп накаливания, так как увеличение их световой отдачи при прочих равных условиях приводит к сокращению срока службы. Так как экспериментальное определение срока службы приводит к выходу из строя испытуемых ламп, этот параметр определяется на определенном числе ламп с заданной степенью вероятности, рассчитываемой по законам математической статистики.

Динамическая долговечность - параметр, характеризующий срок службы ламп накаливания в условиях вибрации и тряски. Лампы с требуемой динамической долговечностью должны выдерживать определенное число циклов испытаний в установленном диапазоне частот.

Для уточнения работоспособности ламп кроме понятия среднего срока службы используют понятие гарантийного срока службы, определяющего минимальное время горения всех ламп в партии. Этому понятию иногда придают коммерческий смысл, считая гарантийный срок службы временем, в течение которого должна гореть любая лампа.

Сравнительно ограниченная продолжительность горения источников света, особенно ламп накаливания, устанавливает требование к их взаимозаменяемости, что может быть осуществлено только при повторяемости параметров отдельных ламп.

Для обеспечения экономичности осветительной установки важны как начальный световой поток лампы, так и зависимость его спада от времени эксплуатации. С увеличением длительности эксплуатации осветительной установки снижается роль капитальных затрат в стоимости световой энергии. Отсюда следует, что осветительные установки с малым числом часов горения в год целесообразно выполнять, используя более дешевые лампы накаливания и, наоборот, в промышленных осветительных установках, где продолжительность горения составляет 3000 часов и более, рационально использовать более дорогие, чем лампы накаливания, газоразрядные источники света с высокой световой отдачей. Стоимость единицы световой энергии определяется также тарифом на электроэнергию. При низких тарифах оправдано применение в осветительных установках ламп с относительно низкой световой отдачей и повышенным сроком службы.

Введение

1. Виды искусственного освещения

2 Функциональное назначение искусственного освещения

3 Источники искусственного освещения. Лампы накаливания

3.1Типы ламп накаливания

3.2 Конструкция лампы накаливания

3.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания

4. Газоразрядные лампы. Общая характеристика. Область применения. Виды

4.1 Натриевая газоразрядная лампа

4.2 Люминесцентная лампа

4.3 Ртутная газоразрядная лампа

Список литературы

Введение

Назначение искусственного освещения – создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошее самочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения.

История искусственного освещения началась тогда, когда человек стал использовать огонь. Костер, факел и лучина стали первыми искусственными источниками света. Затем появились масляные лампы и свечи. В начале XIX века научились выделять газ и очищенные нефтепродукты, появилась керосиновая лампа, которая используется по сегодняшний день.

При зажигании фитиля возникает светящееся пламя. Пламя испускает свет только тогда, когда твердое тело нагревается этим пламенем. Не горение порождает свет, а лишь вещества, доведенные до раскаленного состояния, излучают свет. В пламени свет излучают раскаленные частички сажи. В этом можно убедиться, если поместить стекло над пламенем свечи или керосиновой лампы.

На улицах Москвы и Петербурга осветительные масляные фонари появилось в 30-х годах XVIII века. Затем масло заменили спиртово-скипидарной смесью. Позднее, в качестве горючего вещества, стали использовать керосин и, наконец, светильный газ, который получали искусственным путем. Световая отдача таких источников была очень мала из-за низкой цветовой температуры пламени. Она не превышала 2000К.

По цветовой температуре искусственный свет сильно отличается от дневного, и это различие давно было замечено по изменению цвета предметов при переходе от дневного к вечернему искусственному освещению. В первую очередь было замечено изменение цвета одежды. В ХХ веке с широким распространением электрического освещения изменение цвета при переходе к искусственному освещению уменьшилось, но не исчезло.

Сегодня редкий человек знает о заводах, производивших светильный газ. Газ получали при нагревании каменного угля в ретортах. Реторты – это большие металлические или глиняные полые сосуды, которые наполняли углем и нагревали в печи. Выделившийся газ очищали и собирали в сооружениях для хранения светильного газа – газгольдерах.

Более ста лет назад, в 1838 году, «Общество освещения газом Санкт-Петербурга» построило первый газовый завод. К концу XIX века почти во всех крупных городах России появились газгольдеры. Газом освещали улицы, железнодорожные станции, предприятия, театры и жилые дома. В Киеве инженером А.Е.Струве газовое освещение было устроено в 1872году.

Создание электрогенераторов постоянного тока с приводом от паровой машины позволило широко использовать возможности электричества. В первую очередь изобретатели позаботились об источниках света и обратили внимание на свойства электрической дуги, которую впервые наблюдал Василий Владимирович Петров в 1802 году. Ослепительно яркий свет позволял надеяться, что люди смогут отказаться от свечей, лучины, керосиновой лампы и даже газовых фонарей.

В дуговых светильниках приходилось постоянно пододвигать поставленные «носами» друг к другу электроды – они достаточно быстро выгорали. Сначала их сдвигали вручную, затем появились десятки регуляторов, самым простым из которых был регулятор Аршро. Светильник состоял из неподвижного положительного электрода, закрепленного на кронштейне, и подвижного отрицательного, соединенного с регулятором. Регулятор состоял из катушки и блока с грузом.

При включении светильника через катушку протекал ток, сердечник втягивался в катушку и отводил отрицательный электрод от положительного. Дуга поджигалась автоматически. При уменьшении тока втягивающее усилие катушки уменьшалось и отрицательный электрод поднимался под действием груза. Широкого распространения эта и другие системы не получили из-за низкой надежности.

В 1875 году Павел Николаевич Яблочков предложил надежное и простое решение. Он расположил угольные электроды параллельно, разделив их изолирующим слоем. Изобретение имело колоссальный успех, и «свеча Яблочкова» или «Русский свет» нашел широкое распространение в Европе.

Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.

1.Виды искусственного освещения

Искусственное освещение может быть общим (все производственные помещения освещаются однотипными светильниками, равномерно расположенными над освещаемой поверхностью и снабженными лампами одинаковой мощности) и комбинированным (к общему освещению добавляется местное освещение работах мест светильниками, находящимися у аппарата, станка, приборов и т. д.). Использование только местного освещения недопустимо, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными участками утомляет глаза, замедляет процесс работы и может послужить причиной несчастных случаев аварий.

2.Функциональное назначение искусственного освещения

По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее , дежурное , аварийное .

Рабочее освещение обязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы людей и движения транспорта.

Дежурное освещение включается во вне рабочее время.

Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения.

В современных многопролетных одноэтажных зданиях без световых фонарей с одним боковым остеклением в дневное время суток применяют одновременно естественное и искусственное освещение (совмещенное освещение). Важно, чтобы оба вида освещения гармонировали одно с другим. Для искусственного освещения в этом случае целесообразно использовать люминесцентные лампы.

3. Источники искусственного освещения. Лампы накаливания.

В современных осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений, в качестве источников света применяют лампы накаливания, галогенные и газоразрядные.

Лампа накаливания - электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала (тело накал- проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры). В качестве материала для изготовления тела накала в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. В конце XIX - первой половине XX в. Тело накала изготавливалось из более доступного и простого в обработке материала - углеродного волокна.

3.1 Типы ламп накаливания

Промышленность выпускает различные типы ламп накаливания:

вакуумные , газонаполненные (наполнитель смесь аргона и азота), биспиральные , с криптоновым наполнением .

3.2 Конструкция лампы накала

Рис.1 Лампа накаливания

Конструкция современной лампы. На схеме: 1 - колба; 2 - полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 - тело накала; 4, 5 - электроды (токовые вводы); 6 - крючки-держатели тела накала; 7 - ножка лампы; 8 - внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 - корпус цоколя; 10 - изолятор цоколя (стекло); 11 - контакт донышка цоколя.

Конструкции лампы накала весьма разнообразны и зависят от назначения конкретного вида ламп. Однако общими для всех ламп накала являются следующие элементы: тело накала, колба, токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.

3.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания

Преимущества:

Малая стоимость

Небольшие размеры

Ненужность пускорегулирующей аппаратуры

При включении они зажигаются практически мгновенно

Отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации

Возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном

Возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)

Отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе

Непрерывный спектр излучения

Устойчивость к электромагнитному импульсу

Возможность использования регуляторов яркости

Нормальная работа при низкой температуре окружающей среды

Недостатки:

Низкая световая отдача

Относительно малый срок службы

Резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения

Цветовая температура лежит только в пределах 2300-2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок

Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт - 145°C, 75 Вт - 250°C, 100 Вт - 290°C, 200 Вт - 330°C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

Световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%

Нас всегда и везде окружает свет, так как это неотъемлемая часть жизни. Огонь, солнце, луна или настольная лампа - это все относится к данной категории. Сейчас нашей задачей будет рассмотреть естественные и искусственные источники света.

Раньше у людей не было хитроумных будильников и сотовых телефонов, которые помогают нам встать тогда, когда это необходимо. Эту функцию выполняло Солнце. Оно встало - люди начинают работу, село - ложатся отдыхать. Но, со временем, мы научились добывать искусственные источники света, мы поговорим о них в статье более подробно. Начать необходимо с самого главного понятия.

Свет

В общем смысле - это волна (электромагнитная) которая воспринимается органами зрения человека. Но все же есть рамки, которые человек видит (от 380 до 780 нм). До этого идет Хоть мы его не видим, но наша кожа его воспринимает (загар), после этих рамок идет инфракрасное излучение, некоторые живые организмы его видят, а человеком он воспринимается как тепло.

Теперь разберем такой вопрос: почему свет бывает разного цвета? Все зависит от длины волны, например, фиолетовый цвет образуется пучком волн длины 380 нм, зеленый - 500 нм, а красный - 625. Вообще, основных цветов 7, которые мы можем наблюдать во время такого явления, как радуга. Но многие, особенно искусственные источники света, излучают волны белого цвета. Даже если взять лампочку, которая висит у вас в комнате, с вероятностью 90 процентов, она освещает именно белым светом. Так вот, он получается за счет смешения всех основных цветов:

• Красного.
• Оранжевого.
• Желтого.
• Зеленого.
• Голубого.
• Синий.
• Фиолетовый.

Их очень легко запомнить, многие используют такие строки: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. А первые буквы каждого слова и обозначают цвет, кстати, в радуге они располагаются точно в таком порядке. После того как мы разобрались с самим понятием, предлагаем перейти к вопросу " и искусственные". Мы подробно разберем каждый вид.

Источники света

Не существует и в наше время ни одной отрасли хозяйства, которая в своем производстве не использовала бы искусственные источники света. Когда же человек впервые занялся производством Это было в далеком девятнадцатом веке, а причиной развития отрасли служило изобретение ламп дуговых и накаливания.

Источники света естественные и искусственные - это тела, которые способны излучать свет, а точнее, преобразовывать одну энергию в другую. Например, электрический ток в электромагнитную волну. Действующим по этому принципу искусственным источником света является электрическая лампочка, которая так распространена в повседневной жизни.

Мы говорили в прошлом разделе о том, что не весь свет воспринимается нашими органами зрения, но тем не менее источником света является и тот объект, который излучает волны, невидимые нашему глазу.

Классификация

Начнем с того, что все они делятся на два больших класса:

• Искусственные источники света (светильники, горелки, свечи и так далее).
• Естественные (свет Солнца, Луны, сияние звезд и прочее).

При этом каждый класс, в свою очередь, делится на группы и подгруппы. Начнем с первых, искусственные источники различают:

• Тепловые.
• Люминесцентные.
• Светодиодные.

Более подробную классификацию обязательно рассмотрим далее. Во второй класс входят следующие:

• Солнце.
• Межзвездный газ и сами звезды.
• Атмосферные разряды.
• Биолюминесценция.

Естественные источники света

Все объекты, излучающие свет природного происхождения являются натуральными источниками. При этом испускание света может являться как основным, так и вторичным свойством. Если сравнивать природные и искусственные источники света, примеры которых мы уже рассмотрели, то их основное отличие заключается в том, что вторые излучают видимый нашему глазу свет благодаря человеку, а точнее, производству.

В первую очередь, что приходит на ум каждому, природным источником является Солнце, являющееся источником света и тепла для всей нашей планеты. Также естественными источниками являются звезды и кометы, электрические разряды (например, молния во время грозы), свечение живых организмов, этот процесс также называют биолюминесценцией (примером являются светлячки, некоторые водные организмы, обитающие на дне и так далее). Природные источники света играют очень важную роль как для человека, так и для других живых организмов.

Виды искусственных источников света

Зачем же нам они нужны? Представьте, как изменится наша жизнь без всем привычных ламп, ночников и тому подобных приборов. В чем заключается назначение искусственного света? В создании благоприятной обстановки и условий видимости для человека, тем самым поддержание здоровья и хорошего самочувствия, уменьшение утомляемости органов зрения.

Искусственные источники света можно разделить на две, довольно обширные, группы:

• Общие.
• Комбинированные.

К примеру, о первой группе, все производственные участки всегда освещаются однотипными лампами, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и мощность ламп одинакова. Если говорить о второй группе, то тогда к вышеперечисленным добавляются еще несколько светильников, которые сильнее выделяют какую-либо рабочую поверхность, например, стол или станок. Эти дополнительные источники называются местным освещением. При этом, если использовать только местное освещение, то это будет сильно влиять на утомляемость, а следствием будет снижение работоспособности, кроме этого, возможны аварии и несчастные случаи на производстве.

Рабочее, дежурное и аварийное освещение

Если рассматривать классификацию искусственных источников с точки зрения функционального назначения, то можно выделить следующие группы:

• Рабочее;
• Дежурное;
• Аварийное.

Теперь немного подробнее о каждом виде. Рабочее освещение есть везде, где это необходимо для поддержания работоспособности людей или для освещения пути для идущего транспорта. Второй класс освещения начинает функционировать после рабочего времени. Последняя группа нужна для поддержания работы производства в случае отключения основного (рабочего) источника света, оно минимально, но способно временно заменить рабочее освещение.

Лампа накаливания

В наше время для освещения производственных участков используют лампы накаливания следующих видов:

• Галогенные.
• Газоразрядные.

И что же все-таки такое лампа накаливания? Первое, на что стоит обратить свое внимание, - то, что она является электрическим источником, а свет мы видим благодаря раскаленному телу, называемому телом накала. Ранее (в девятнадцатом веке) тело накала изготавливалось из такого вещества, как вольфрам, или из сплава на его основе. Сейчас же его изготавливают из более доступного углеродного волокна.

Типы, преимущества и недостатки

Сейчас промышленные предприятия выпускают большое число разнообразных ламп накаливания, среди которых наиболее популярны:

• Вакуумные.
• Лампы с криптоновым наполнением.
• Биспиральные.
• Наполненные смесью газов аргона и азота.

Теперь разберем последний вопрос, который касается а именно преимущества и недостатки. Плюсы: они недорогие в производстве, имеют небольшой размер, если их включить, то не нужно ждать пока разгорится, в производстве ламп накаливания не используется токсичные компоненты, они работают как на постоянном, так и на переменном токе, возможно использование регулятора яркости, хорошая бесперебойная работа даже при очень низких температурах. Несмотря на такое большое количество преимуществ, есть все-таки и минусы: они не сильно ярко светят, свет имеет желтоватый отлив, сильно нагреваются во время работы, что ведет иногда к пожарам при соприкосновении с текстильным материалом.

Газоразрядная лампа

Все они делятся на лампы высокого и низкого давления, большинство из них работает на парах ртути. Именно они вытеснили лампы накаливания, к которым мы так сильно привыкли, но имеют просто массы минусов, один из которых уже нами сказан, а именно возможность отравится ртутью, также сюда можем отнести шумы, мерцание, что ведет к более быстрой утомляемости, линейный спектр излучения и так далее.

Такие лампы могут нам служить до двадцати тысяч часов, конечно, если колба цела, а свет, излучаемый ей, имеет либо теплый, либо нейтрально белый цвет.

Использование искусственных источников света довольно распространено, например, газоразрядные лампы очень часто и по сей день используются в магазинах или офисах, в декоративном или художественном освещении, кстати сказать, профессиональное световое оборудование, также не обошлось без газоразрядной лампы.

Сейчас производство газоразрядных ламп очень распространено, что и влечет за собой большое количество видов, один из самых популярных мы рассмотрим прямо сейчас.

Люминесцентная лампа

Как уже говорилось это один из видов газоразрядной лампы. Стоит отметить то, что их часто используют для основного источника света, люминесцентные лампы намного мощнее ламп накаливания и при этом они потребляют одинаково энергии. Раз мы уже начали сравнение с лампами накаливания, то будет уместным и следующий факт - срок службы люминесцентных может превышать в двадцать раз срок ламп накаливания.

Что касается их разновидностей, то чаще используют напоминающую трубку, а внутри и находятся пары ртути. Это очень экономичный источник света, который распространен в общественных заведениях (школах, больницах, офисах и так далее).

Источники света естественные и искусственные, примеры которых мы рассмотрели, просто необходимы для человека и других живых существ нашей планеты. Естественные источники не дают нам потеряться во времени, а искусственные заботятся о нашем здоровье и благополучии на предприятиях, уменьшая процент аварий и несчастных случаев.

Никогда еще маленький городок Менло-Парк не знал такого ажиотажа. В канун нового, 1880 года туда, казалось, съехалось население всего штата Нью-Джерси, а может быть, и нескольких соседних штатов. Пенсильванская железная дорога не справлялась с потоком желающих, и пришлось пустить дополнительные поезда. Люди приезжали с единственной целью — посмотреть на то, как сто электрических солнц, ламп накаливания, освещают станцию, улицы и лабораторию Эдисона.

Так началась эра массового электрического освещения

Разумеется, и до изобретения электрического освещения люди осознавали необходимость искусственного света и пытались «разгонять тьму». «Если у тебя спрошено будет: что полезнее, солнце или месяц? — ответствуй: месяц. Ибо солнце светит днем, когда и без того светло; а месяц — ночью», — говорил Козьма Прутков. Яркость солнечного света настолько велика, что очень мало искусственных источников света могут с ним соперничать. А вот ночью приходится довольствоваться жалким отражением солнечного света от лунной поверхности (и то не всегда). Вот и приходится человечеству изобретать заменители.

Дар Прометея

Первым искусственным источником света был огонь, который, как известно, был подарен человечеству Прометеем. В качестве стационарного источника света служил костер, в качестве переносных — факелы, конструкция которых со временем менялась: от простой головешки, вынутой из костра, до рукоятки, обмотанной паклей и пропитанной нефтью, жиром или маслом. Несмотря на то, что факел — очень древнее изобретение (считается, что ему около миллиона лет!), он применяется и поныне: его далекие потомки, работающие на газе, зажигают олимпийский огонь, а фальшфейеры и ракеты применяют для ночной маркировки и сигнализации военные, охотники и туристы.

Помимо факела в каменном веке человечество изобрело лампу — кувшин, наполненный жиром или маслом, с погруженным в него фитилем (веревочным или тканевым). В третьем тысячелетии до нашей эры появились первые свечи — бруски из перетопленного твердого животного жира (сала) с фитилем внутри. В средние века в качестве материала для свечей применяли китовый жир и пчелиный воск, в настоящее время для этих целей используется парафин.

Факелы, свечи и лампы дают очень слабый свет. Спектр открытого огня сильно отличается от солнечного, под который природа «заточила» человеческий глаз. Существенная часть излучения приходится на тепловой (ИК) диапазон. Видимый свет излучают в основном частицы углерода, нагреваемые пламенем до высокой температуры (как раз эти несгоревшие частицы и образуют копоть). Спектр огня в видимом диапазоне захватывает лишь часть желтой и красной области. Работать при таком свете практически невозможно, и многие средневековые ремесленные гильдии дальновидно запрещали работу по ночам при искусственном свете, так как качество изделий при этом резко падало.

Поддайте газу!

В XIX веке широкое распространение получило газовое освещение. В 1807 году первые газовые фонари зажигаются на одной из центральных улиц Лондона — Пэлл-Мэлл. А уже к 1823 году улицы Лондона, общей протяженностью 215 миль, освещали сорок тысяч газовых фонарей (которые было принято называть рожками). Зажигались они каждый вечер вручную специальными людьми — фонарщиками. Кстати, эта должность была в некоторых странах выборной и весьма почетной.

Однако газовое освещение было не слишком эффективным. Главная проблема заключалась в том, что газовое пламя, горящее при недостаточном притоке кислорода, дает яркий свет, но при этом сильно коптит, а чистое некоптящее пламя (при избытке кислорода) практически невидимо. Но в 1885 году Уэлсбах предложил использовать калильную сетку, представляющую собой мешочек из ткани, пропитанный раствором неорганических веществ (различных солей). При прокаливании ткань сгорала, оставляя тонкий «скелет», ярко светящийся при нагревании под действием пламени.

В конце XIX века появились керосиновые лампы, их можно встретить и до сих пор. Многие из них оснащены калильными сетками (теперь уже металлическими или асбестовыми).

Первые шаги электричества

Первым электрическим источником света был, как это ни странно, «фонарик на батарейках». Правда, свет излучала не лампа накаливания, а электрическая дуга между угольными электродами, а батареи занимали целый стол. В 1809 году сэр Хэмфри Дэви продемонстрировал дуговой свет в Королевской академии наук в Лондоне. Генераторов в то время не было (Фарадей открыл явление электромагнитной индукции лишь в 1832 году), и батареи были единственным источником электропитания.

В 1878 году наш соотечественник Павел Яблочков усовершенствовал конструкцию, поставив электроды вертикально и разделив их слоем изолятора. Такая конструкция получила название «свеча Яблочкова» и использовалась во всем мире: например, Парижский оперный театр освещался с помощью таких «свечей».

Электрическая дуга давала яркий и достаточно сбалансированный по спектру свет, что позволяло использовать его очень широко. К 1884 году крупные американские города освещали более 90 тыс. дуговых ламп.

Горячие нити

Большинство людей связывают изобретение ламп накаливания с именем Эдисона. Однако несмотря на все его заслуги в этой области изобретателем лампы был все же не он.

Первая лампа накаливания больше напоминала ювелирное изделие или произведение искусства как по трудоемкости, так и по стоимости. Задолго до Эдисона, в 1820 году, Уоррен Де ла Рю поместил платиновую проволочку в стеклянный сосуд, из которого был откачан воздух, и пропустил по ней ток. Лампа получилась удачной, но… платиновой! Она была настолько дорогой, что о широком ее использовании не могло быть и речи.

Множество изобретателей экспериментировали с различными материалами, но лишь в 1879 году Джозеф Свен и Томас Эдисон независимо друг от друга разработали лампу накаливания с угольной нитью. Для своего изобретения Эдисон устроил массовую грандиозную презентацию: в канун нового, 1880 года он использовал 100 своих ламп, чтобы осветить улицы, лабораторию и станцию городка Менло-Парк (Нью-Джерси). Поезда ломились от желающих посмотреть на это чудо, и Пенсильванской железной дороге даже пришлось пустить дополнительные составы. Лампы Эдисона работали около ста часов, потребляли 100 Вт и давали световой поток в 16 кандел (для сравнения — современная 100-ваттная лампа накаливания дает свет силой порядка 100−140 кандел).

Дальнейшее совершенствование ламп происходило по двум направлениям: угольная нить была заменена в 1907 году на вольфрамовую, а с 1913 года лампы стали газонаполненными (сначала их заполняли азотом, потом перешли на аргон и криптон). Оба усовершенствования были сделаны в лабораториях компании General Electric, основанной Томасом Эдисоном.

Хорошо знакомая читателям нашего журнала современная лампа накаливания дешева, широко используется в быту, однако нельзя сказать, что свет ее идеален: он смещен в сторону красной и ИК-областей спектра. Эффективность также оставляет желать лучшего: ее КПД составляет всего 1−4%. В этом смысле лампа накаливания — скорее отопительный, а не осветительный прибор.

Лампы с начинкой

У обычных ламп накаливания, кроме низкого КПД, есть еще один серьезный недостаток. Вольфрам при работе постепенно испаряется с раскаленной поверхности нити и оседает на стенках колбы. Колба приобретает «тонированный» вид, что ухудшает светоотдачу. А за счет испарения вольфрама с поверхности нити жизнь лампы сокращается.

А вот если в газ, наполняющий колбу, добавить пары, например, йода, картина меняется. Атомы испаренного вольфрама соединяются с атомами йода, образуя йодид вольфрама, который не оседает на стенках колбы, а разлагается на раскаленной поверхности нити накаливания, возвращая вольфрам в нить, а пары йода — обратно в колбу. Но есть одно условие: температура стенок колбы тоже должна быть достаточно высокой — около 2500С. Именно поэтому колбы галогенных ламп такие компактные и, естественно, горячие!

Галогенные лампы, за счет высокой температуры нити, дают более белый свет и имеют более длительное время жизни по сравнению с обычными лампами накаливания.

Холодный свет

Эти лампы — прямые потомки электрической дуги. Только разряд в них происходит между двумя электродами в емкости, заполненной различными газами. В зависимости от давления (низкого — Лучи прожекторов

Еще один вид газоразрядных ламп — HID (High Intensity Discharge — газоразрядные лампы высокой интенсивности, или дуговые газосветные лампы). Здесь люминофор не применяется, а газ при протекании электрического тока и возникновении дугового разряда излучает свет в видимой области спектра. В качестве заполняющего газа обычно применяются пары ртути, натрия или галиды металлов.

Ртутные дуговые лампы высокого давления применяются в прожекторах при освещении стадионов и других крупных объектов, они дают очень яркий бело-голубой свет (УФ отсеивается фильтрами). Мощность ртутных ламп может составлять десятки киловатт. Металл-галидные лампы — разновидность ртутных, они имеют скорректированную цветопередачу

и увеличенную эффективность.

Натриевые дуговые лампы низкого давления хорошо знакомы всем нам: именно они стоят в уличных фонарях, дающих теплое «янтарное» свечение. Они хороши тем, что имеют отличную эффективность, большое время жизни (более 25 тыс. часов) и очень дешевы.

Кстати говоря, хорошо знакомый автомобилистам «ксенон» (которым оснащаются современные автомобили представительского класса) — газоразрядные лампы сверхвысокого давления.

Огни реклам

Традиционно рекламные вывески, сделанные из гнутых газонаполненных труб, называют неоновыми. Это тоже газоразрядные лампы, но на другом типе разряда — тлеющем. Интенсивность свечения в них не очень велика. В зависимости от газа, закачанного внутрь, они могут светиться разными цветами (собственно неоновые — красно-оранжевые).

Светодиоды

Говоря об автономных источниках света, нельзя не упомянуть о светодиодах (подробнее о светодиодах читайте в этом же номере. — Ред. «ПМ»). Это полупроводниковые приборы, генерирующие (при прохождении через них электрического тока) оптическое излучение. Излучение светодиода воспринимается человеческим глазом как одноцветное. Цвет излучения определяется используемым полупроводниковым материалом и легирующими примесями.

В силу высокого КПД и низких рабочих токов и напряжений, светодиоды — отличный материал для изготовления автономных источников света. В компактных фонарях они не имеют себе равных и со временем, скорее всего, полностью вытеснят из этого сектора лампы накаливания.

Лазер

Лазер был разработан независимо американским физиком Таунсом и нашими соотечественниками Басовым и Прохоровым в 1960 году.

Лазер дает мощный узкий пучок монохроматического (одной длины волны) излучения. Для общего освещения лазер не используют, но для специальных применений (например, световые шоу) ему нет равных. В зависимости от типа используемого рабочего тела и принципов, излучение лазера может иметь различные цвета. В быту чаще всего используются полупроводниковые лазеры — близкие родственники светодиодов.

Световая экзотика

Искусственный свет может быть не только электрическим. Широко распространены хемилюминесцентные (так называемые химические) маркеры — пластиковые прозрачные пробирки. Для «включения» свечения в них нужно смешать два разделенных тонкой мембраной вещества. Такой маркер полностью автономен, дает неяркий мягкий свет, но «горит» непродолжительное время и, разумеется, не восстанавливается.

И, наконец, один из самых экзотических источников — биолюминесцентный. Если набрать светлячков в стеклянную банку, излучаемого ими света вполне хватит, чтобы посмотреть время на наручных часах. Хотя этот источник — как раз не искусственный, а на 100% природного происхождения.