К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии Анемометр

Свет — будь он естественный или искусственный — это физическое явление, благодаря которому мы имеем возможность видеть. Без него нам бы оставалось полагаться только на слух, вкус, обоняние, осязание. Зрение же без света работать не может, поскольку глаз является ничем иным, как оптическим прибором, созданным Богом или эволюцией (кто во что верит — не важно). Наше зрение преобразует отражённое от окружающих предметов световое излучение в понятные нашему мозгу сигналы, с которых и складывается картинка, которую мы видим.

Костер — искусственный тепловой источник света

На заре своего развития люди (и всё остальное с глазами) довольствовались естественными источниками света. Со временем их стало недостаточно. Человек начал освещать свою жизнь, используя разные энергоносители, которые получилось преобразовывать в свет. Так появились и развивались до нынешнего уровня искусственные источники света.

Что такое источник света?

Для начала хотя бы в общих чертах разберёмся, что такое свет. Потом вернёмся к его источникам.

Нанометр (нм или nm)

Единица измерения длины, равная одной миллиардной части метра. Другими словами, в одном привычном нам метре миллиард нанометров. В одном миллиметре их миллион. Что интересно, материальные вещи мы можем видеть, если они не мельче 0,05 мм (50 000 нм). А вот электромагнитные волны, которые короче 380 нм и длиннее 700 нм — невооружённым глазом мы не видим.

Электромагнитные волны той длины, которая воспринимается нашим зрением, принято называть видимым спектром или видимым излучением. В зависимости от того, какой длины волны, излучаемые источником света или отражаемые окружающими нас предметами, мы различаем разные цвета. От фиолетового до красного.

Инфра- и ультра- «свет»

Диапазоны длин волн светового спектра

Если мы не видим ультрафиолетового и инфракрасного излучения, то это вовсе не означает, что источник их не излучает. Например, наше Солнце даёт нам намного более широкий спектр, чем мы можем видеть. Даже простая лампочка накаливания, и та излучает не только видимый свет, но и инфракрасный.

Источник света — природный или искусственно созданный объект, излучающий электромагнитную энергию. Поскольку видим её мы только в определённом спектре, то и источниками света называем те, которые излучают волны в его рамках. Причиной излучения света чаще всего служит процесс преобразования какой-либо энергии в электромагнитную. Например, в костре свет «рождается» благодаря сгоранию дров. В лампочках в свет преобразуется электрическая энергия. В керосиновой лампе — энергия, заключённая в заправленном топливе.

Стоит также различать что относится к первичным и вторичным источникам света. Первичный источник света — это объект, который непосредственно излучает свет. Например, Солнце или лампочка накаливания. Вторичный источник света — это объект, который отражает своей поверхностью излучаемый первичным источником свет. Например, наша Луна светится за счёт того, что отражает свет Солнца. Предметы вокруг нас — мебель, стены, деревья, люди — это всё вторичные источники света, и видим мы их благодаря тому, что от них отражается свет первичных источников.

Из этого можно сделать важнейший вывод. Для нашего восприятия более ценными являются отнюдь не первичные источники света (лампочки, Солнце). Более того, на многие первичные источники света смотреть неприятно, и даже вредно (есть исключения, например, костёр в камине или на природе). А вот из отражённого (вторичного) от окружающих объектов света складывается большая часть нашего восприятия. Благодаря этому мы можем учиться, взаимодействовать с окружающей средой и другими людьми. Без света человеку свойственно испытывать растерянность, дезориентацию, страх.

Источники света бывают естественными и искусственными.

Естественный источник света — природный объект или явление, в набор «способностей» которого входит излучение видимого света. Другими словами, это те источники, которые светят, но созданы исключительно природой, без участия человека.

Примеры естественных источников света:

  • Солнце.
  • Луна.
  • Звёзды.
  • Молнии.
  • Люминесцирующие живые существа (светлячки и прочие).
  • Излучающие свет минералы.

Для человека наиболее важным естественным источником света является Солнце. Оно освещает нашу жизнь в светлое время суток. Несмотря на современное многообразие искусственных источников света, о которых речь пойдёт ниже, Солнцу пока что в деле освещения равных нет. Его свет считается эталонным для нашего зрения, поскольку оно много лет приспосабливалось именно к нему. Солнечный свет обязательно учитывается при проектировании жилых и других зданий. Чтобы использовать его по максимуму, мы применяем различные виды остекления — обычные окна, панорамное остекление, архитектурные решения вроде «второго света», «кукушки», «эркера».

Естественные и искусственные источники света

Развитие искусственного освещения

С развитием искусственного освещения человеческая жизнь преобразилась. Сегодня мы этого не замечаем, но искусственному свету мы многим обязаны. Благодаря нему мы больше успеваем сделать за день. Мы можем заниматься своей деятельностью там, куда не проникает солнечный свет. Развитие искусственного освещение не только расширило сферу и временные рамки нашей деятельности. Оно сделало нашу жизнь более комфортной.

Поинтересуйтесь у людей почтительного возраста — насколько комфортно было читать, шить, вязать при свете свечи или даже керосиновой лампы. А ведь это был повседневный досуг до появления телевизора, компьютера и смартфона (которые, к слову, тоже можно назвать искусственными источниками света).

Огонь — считается первым тепловым источником света, освоенным человеком. Сначала это был простой костёр на открытой местности. Позже люди научились использовать открытый огонь в «помещениях». Основным энергоносителем в те времена служила древесина (хотя кости мамонтов тоже использовали). Появились первые «фонарики» — факелы. Сначала, скорее всего, это была палка, вытащенная из костра. Позже на факел приделывался горючий материал, который горит дольше и ярче.

Огонь — первый источник света

Первым «окультуренным» искусственным источником света был древний аналог керосиновой лампы. Только вместо керосина, о котором тогда знать не знали, использовали горючие масла. С открытием воска огонь был перенесён человеком на свечу — изобретение настолько удачное, что и в наши дни его можно купить в магазине.

Большое преимущество первых источников искусственного освещения — это автономность. Топлива сколько угодно много, и оно доступно для использования. Однако есть и довольно существенные недостатки. Открытый огонь — это источник пожара при неосторожном использовании, а также угарного газа, ограничивающего его применение в закрытых пространствах. Например, нельзя в помещении разжечь большой костёр или установить столько свечей, чтобы по освещённости достичь уровня современной копеечной лампочки.

В истории есть немало упоминаний, когда причиной масштабного пожара становилась масляная лампа или аналогичный источник искусственного света.

Газовые фонари

С новыми открытиями в области физики и химии люди получили в своё пользование более удобное, яркое и безопасное освещение — газовое. Газовые фонари или лампы применялись далеко не только для освещения улиц. В домах многих европейских стран этот источник искусственного света был очень популярным и развитым. Газ хранили в баллонах, и его было удобно транспортировать до мест использования по резиновым шлангам и медным трубам.

Следует отметить, что так называемый светильный газ, который использовали во времена газовых фонарей и ламп, был отнюдь не тем полезным ископаемым, которое все знают сегодня. Газ для освещения изначально делали путём пиролиза жира морских животных. Почитайте произведения Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан», «Дети капитана Гранта», «Таинственный остров». Получение светильного газа было одной из основных целей довольно опасного китобойного промысла.

Про анемометры:  Калина заводится только с педалью газа

Немногим позже в качестве горючего газа для освещения стали применять бензол и ацетилен. Но, несмотря на их сравнительно простое добывание, они были чрезвычайно дорогими. Частично именно из-за это их свет померк с изобретением и освоением электрической энергии. Киты и другие «жирные» животные должны быть признательны Василию Петрову, который обнаружил вольтову или электрическую дугу, так как с этого времени искусственный свет изменил вектор развития.

Между тем, первым источником искусственного преобразования электроэнергии в свет была электродуга. Сегодня этот эффект используется в газоразрядных, неоновых, люминесцентных лампочках. Электрическая дуга — это пробой газовой среды, который возникает при определённом (высоком) напряжении на концах электродов. Изменяя материал электродов, напряжение и расстояние между ними, управляли этим источником света. Позже додумались изменять среду, в которой возникает электродуга. Открыли множество газов, в среде которых дуга горит ярко, долго, и электроэнергии требует не так уж много.

Современные газоразрядные лампы способны отдавать до 200 люмен на ватт, что в два раза эффективнее, чем может всем известный светодиод. Конечно, только этот факт не может быть причиной массового использования газоразрядных ламп. Светодиоды более распространены, поскольку они дешевле, надёжнее и безопаснее.

Основные искусственные источники света сегодня — это лампы:

  • накаливания;
  • люминесцентные;
  • светодиодные;
  • газоразрядные;
  • дуговые.

Поскольку они сегодня правят искусственным светом, рассмотрим более детально, с чем их едят.

Характеристики электроосвещения

Характеристики искусственных источников света позволяют определить их эффективность, долговечность, а также то, что мы называем общим словом — яркость. Ключевым параметром любой лампочки является технология, определяющая устройство, принцип работы, себестоимость и ряд других характеристик. В зависимости от технологии источникам света зачастую даются названия. Например, лампочка накаливания светит за счёт нагревающейся до бела нити накаливания. В светодиодной лампе светят светодиоды. В люминесцентных — люминесцирующее вещество.

К основным характеристикам искусственных источников света относится:

  • световой поток;
  • освещённость;
  • сила света;
  • цветовая температура;
  • световая отдача;
  • потребляемая мощность;
  • напряжение питания;
  • ресурс.

При этом, потребляемая мощность и напряжение питания — характеристики, которые относятся исключительно к электрическим источникам. Остальными же можно охарактеризовать всё, что излучает свет — свечу, керосиновую лампу, и даже наше Солнце.

Световой поток

Световой поток — это величина, которая показывает количество световой энергии в излучаемом потоке. Единица измерения светового потока — люмен (лм или lm). Определение этой единицы достаточно сложное. С точки зрения простого пользователя люмен можно понимать, как яркость. Чем больше люмен, тем ярче источник.

Например, лампочка накаливания «сотка» (100 Вт) даёт световой поток в 1340 люмен. А вот COB светодиод чуть меньшей мощности выдаёт поток до 15 000 люмен. Галогенные лампы светят чуть ярче, чем лампы накаливания.

О соответствии мощности светодиодных ламп лампам накаливания у нас есть отдельная статья. Также там можно воспользоваться калькулятором, для расчета мощности одной лампы, в зависимости от её типа, площади, назначения помещения и высоты потолка.

Освещённость

Освещённость — это отношение светового потока к площади, на которую он падает. Единица измерения — люкс (лк или lx). Простыми словами — чем больше люкс, тем ярче освещается источником какой-либо предмет. Один люкс — это когда световой поток в один люмен освещает площадь в один квадратный метр.

В отличие от люменов, люксы характеризуют яркость не самого источника света, а яркость освещённости объектов, на которые падает свет. Другими словами, чем больше люкс, тем нам предметы кажутся лучше освещёнными.

Например, Солнце в ясный день даёт освещённость до 130 000 люкс (в тропиках). Полная Луна — около 1 лк. Чтобы в рабочем кабинете было комфортно работать, в нём нужно организовать освещённость порядка 400 люкс. Это соответствует моменты восхода или заката Солнца в безоблачный день.

Светоотдача

Светоотдача (световая отдача) — это отношение светового потока источника к потребляемой им мощности. Для измерения используется единица люмен на ватт (лм/Вт). То есть, светоотдача показывает, сколько света даёт лампочка, потребляющая столько-то ватт электроэнергии. Данный показатель наиболее наглядно показывает эффективность электроосвещения.

Например, 100-ваттная лампа накаливания обладает светоотдачей 13,8 лм/Вт. Такой же мощности галогеновая — 16,7 лм/Вт. Светодиодные — до 50 лм/Вт. Газоразрядные — до 200 лм/Вт.

Светоотдача различных типов ламп

Следует отметить, что у ламп, в которых источником света является нить накаливания, с повышением мощности светоотдача увеличивается далеко не пропорционально. Так, если «сотка» даёт 13,8 лм/Вт, то вдвое более мощная «двухсотка» — только 15,2 лм/Вт (а не 28, как хотелось бы). А вот светодиодные, ксеноновые, газоразрядные, люминесцентные таким «воровством ватт» не отличаются.

Сила света

Сила света — величина, которая характеризует световую энергию, переносимую в некотором направлении за единицу времени. Измеряется в канделах (кд или cd). Достаточно сложная для понимания характеристика, поэтому подробно разбирать здесь не будем. Тем более, что для классификации источников света она почти не применяется. Рассмотрим лишь пару примеров для наглядности.

Единица измерения кандела названа по латинскому слову candela, что переводится, как свеча. Название дано не просто так. Сила света одной свечи — 1 кд. Лампа накаливания на 100 Вт светит силой 100 кд. Примерно с такой же силой светит 20-ваттная люминесцентная лампа.

Сила света Солнца оценивается в 2 800 000 000 000 000 000 000 000 000 кд

Цветовая температура

Как уже упоминалось выше, наиболее комфортным для нашего зрения является солнечный свет. В особенности это распространяется на его цветовую температуру.

Цветовая температура — простыми словами, оттенок излучаемого источником света (научное определение гораздо сложнее и требует много времени для понимания). Измеряется в кельвинах (К). Различают нейтральные оттенки, тёплые и холодные. Солнечный свет — нейтральный (5000 К). Многие люминесцентные и светодиодные лампы дают такой же свет. Ксенон, неон, газоразрядные лампы — в большинстве дают холодный свет. Тёплыми тонами отличаются лампы накаливания. Хотя люминесцентные и светодиодные тоже бывают тёплыми.

Потребляемая мощность

Потребляемая мощность (электрическая) — величина, характеризующая скорость преобразования электрической энергии в свет. Измеряется в ваттах (Вт или W). Чем мощнее источник света, тем больше электроэнергии он кушает в единицу времени, и тем дороже обходится его работа по итогу. В осветительной технике используется для расчёта общей мощности системы, а также для обозначения эффективности источников света (см. «Светоотдача»).

В повседневной жизни встречаются источники света, мощность которых не превышает сотни ватт. С появлением энергосберегающих и светодиодных ламп эта планка опустилась до пары десятков ватт. Лишь для освещения больших территорий и других узконаправленных задач применяются более мощные источники света (на киловатт и более).

Потребляемая мощность позволяет также рассчитать, сколько денег «скушает» та или иная лампочка за отчётный период. Например, 100-ваттная лампа накаливания, работающая ежедневно по 3 часа, за месяц превратит в свет 9 кВт*ч электроэнергии или 36 рублей денег (при тарифе 4 руб./кВт*ч). Подробнее можно прочитать в нашей статье.

Напряжение питания

Все электрические источники искусственного света рассчитаны на определённое напряжение питания. Ну, или почти все (светодиоды рассчитываются на ток). В нашей стране лампочки для освещения рассчитаны на 220 — 240 В. Автомобильные — на 12 В (на 24 в грузовиках). В некоторых сферах применяются и другие номиналы — 36, 48 В. В старых фонариках устанавливались лампочки накаливания на 3,6 В или на 6 В.

Номинальное напряжение питания ксеноновой автомобильной лампочки составляет 85 В, тогда как для её розжига требуется около 25 000 В. Поскольку в бортовой сети автомобиля есть только 12 В, питание ксеноновых ламп организовано через специальные блоки розжига.

Про анемометры:  Отключение газового котла: можно ли отключать для экономии, как это сделать

Ресурс

Не менее важная с точки зрения потребителя характеристика, чем все остальные. Ведь никому не хочется менять сгоревшие лампочки по несколько раз на дню, что неизбежно приходилось делать во времена свечей и ламп на жидком топливе.

Ресурс искусственного источника света — время, продолжительность работы до отказа. Устанавливается производителями, но изначально определяется технологией, по которой изготовлен источник света. То есть, как ты не усовершенствуй старую добрую лампочку накаливания, она не может работать больше 1000 часов.

Имеется в виду, что не может в нормальном режиме эксплуатации. Когда она регулярно включается и выключается, подвергается воздействию скачков напряжения, вибрациям. Вероятно, вы слышали о лампочке накаливания, которая очень долго светит, и не перегорает. Называется она столетней лампой, и светит непрерывно с 1901 года. Секрет её «долгожительства» отнюдь не в сверхъестественном качестве. Просто она светит еле-еле, и её «не клацают» туда-сюда. То есть, с точки зрения практичности она — бесполезна. Но история, всё равно, занятная.

Самая старая лампа

Если рассматривать лампочки, которые используются повсеместно и с пользой, то у них ресурс несколько скромнее:

  • лампа накаливания — 1000 часов;
  • люминесцентные «экономки» — 7000 часов;
  • светодиодные нормального качества — до 50 000 часов.

Следует подчеркнуть, что ресурс во многом зависит от условий эксплуатации источника света. Например, лампы накаливания перегорают быстрее, если их часто включать и питать повышенным напряжением. Светодиоды «умирают» из-за недостаточно эффективного теплоотвода.

Кроме того, есть такое понятие, как естественный износ. К примеру, вольфрамовая спираль (или нить) в лампе накаливания постепенно теряет этот самый вольфрам, становясь всё тоньше и тоньше. Из-за этого меняется её электрическое сопротивление и способность «выдерживать» ток, на который она рассчитана изначально. Нить просто разрывается, и лампа гаснет навсегда. В галогеновых лампах этот эффект частично побеждён. Посмотрите при случае внутрь такой лампы — спираль расположена в маленькой колбе («лампочке в лампе»), в которую ещё и газ особый закачан.

С 1924 по 1939 год существовал картель Phoebus, в который входили такие акулы «лампового бизнеса», как Osram и Philips (и не только эти). Так вот, они сговорились намеренно укорачивать ресурс лампочек, чтобы те чаще перегорали и вынуждали пользователей покупать новые. Многие (судя по роликам на You Tube) верят, что картель существует до сих пор. Видимо, не хватает сил дочитать эту историю в Википедии до конца

Сегодня ресурс искусственных источников света больше всего «упирается» в золотую середину, к которой стремятся производители. С одной стороны, это качество материалов и затраты на них. Многие экономят на этом, давая рынку более низкие цены. С другой стороны — режимы работы лампочек, ниже которых они превращаются в тусклые и бесполезные изделия. В конце концов, ничего вечного нет. Даже наше Солнце, и то будет светить не вечно (на наш век хватит).

Итоги

Искусственные источники освещения отличаются от естественных тем, что они созданы человеком. Контролируемый огонь, свечи, керосиновые и газовые лампы, все виды электрических лампочек — это всё искусственные источники света. К источникам естественного света относят объекты или явления, созданные природой без участия человека. Солнце, звёзды, полярное сияние, молния — это источники естественного света. Основным в нашей жизни является солнечный свет. Под его параметры наилучшим образом приспособлены наши глаза. Но, поскольку Солнце не светит ночью и в закрытых помещениях, человек вынужден был придумать искусственные источники света. Они делают нашу жизнь более продуктивной, удобной, комфортной, безопасной.

История искусственных источников света

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.

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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.

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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).

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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.

Про анемометры:  Противоугонные устройства кранов

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.

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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.

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).

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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 250 °C. 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.

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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 — <0,001 мм рт. ст., высокого — 0,2−15 атм., сверхвысокого — 20−100 атм.) и вида заполняющего газа свойства излучения и назначение ламп могут быть различны. Всем известные люминесцентные лампы «дневного света» заполнены парами ртути под низким давлением. При пропускании электрического тока через пары ртути возникает дуговой разряд и излучение света в УФ-диапазоне. Люминофор, нанесенный на внутреннюю поверхность колбы лампы, под действием ультрафиолета излучает видимый свет. В зависимости от типа люминофора, свет может быть как чисто белым, так и «холодным» (голубоватым) или «теплым» (желтоватым). Спектр люминесцентных ламп линейчатый и состоит из нескольких линий в различных областях спектра. КПД таких ламп достигает десятков процентов, в быту их часто называют «лампами холодного света».

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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.

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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. 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.

К которому добавляется искусственный свет от источника света. История искусственных источников энергии

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.

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции и различными способами преобразования энергии, основным назначением которых является получение светового излучения (как видимого, так и с различной длиной волны, например, инфракрасного). В источниках света используется в основном электроэнергия, но также иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (например, триболюминесценция, радиолюминесценция и др.). В отличие от искусственных источников света, естественные источники света представляют собой природные материальные объекты: Солнце, Луна, Полярные сияния, светлячки, молнии и проч.

Оцените статью
Анемометры
Добавить комментарий