Лампы накаливания относятся к источникам излучения: Виды источников света. Сравнительный анализ

Содержание

Выбираем источник света | Статьи компании МДМ-Лайт

Времена, когда в нашей стране разнообразие источников света ограничивалось «лампочкой Ильича», давно канули в Лету. Сегодня помимо традиционных лампочек накаливания производители и торговля предлагают нам и другие, более совершенные осветительные приборы — галогенные, люминесцентные, и светодиодные. Между собой они различаются по целому ряду параметров, от которых зависит их назначение. Поэтому и дизайнеру, работающему над проектом, и простому обывателю, преобразующему свою жилую среду, полезно знать их характеристики, чтобы уметь правильно использовать эти светотехнические новинки.

В чем разница? Основными характеристиками ламп традиционно считают цветопередачу, светоотдачу и цвет излучения. Цветопередача является для дизайнеров чуть ли не главным параметром, определяющим качество света. Поэтому при выборе ламп для того или иного интерьера прежде всего необходимо учитывать особенности помещения и тот эффект, которого хочет достичь дизайнер.

Так, отдыху и расслаблению способствуют лампы теплого тона, поэтому в гостиной и спальне будут уместны лампы накаливания. Для кабинетов и офисных помещений используют более «холодные» люминесцентные лампы, помогающие создать рабочую атмосферу. В отличие от люминесцентных и ламп накаливания «галогенки» относятся к световым источникам, более близким по спектру к белому цвету, то есть такое освещение не исказит ни цвет вашего лица, ни цветовое решение вашего интерьера. Поэтому в кухне и ванной комнате галогенные лампы просто незаменимы. Впрочем, это совсем не означает, что в гостиной, к примеру, люминесцентные источники света неуместны, так как продуманное сочетание ламп разных спектров может дать очень интересный эффект.

Основные характеристики ламп

Известно, чем сплошнее и равномернее спектр лампы, тем более различимы цвета предметов в ее свете. Так, главный для всех землян естественный источник света — Солнце — имеет сплошной спектр излучения и наилучшую цветопередачу.

Для ламп она определяется по эталонным образцам и измеряется в Ra (следует отметить, показатель Ra является достаточно условным). Однако этот индекс не позволяет сделать вывод о характере передачи цветов и поэтому может дезориентировать дизайнера.

Так, у ламп накаливания Ra колеблется от 60 до 90, в них видимое излучение преобладает в желтой и красной частях спектра при недостатке в синей и фиолетовой (по сравнению с дневным естественным светом). В каталогах ламп иногда приводится такая характеристика как световой поток, измеряемый в люменах. Например, для лампы накаливания мощностью 100 Вт он равен 1200 Лм, а для 35-ваттной галогенной лампы — 600 Лм.

Другой показатель — светоотдача — говорит об эффективности преобразования электрической энергии в свет. Нетрудно догадаться, что разные типы ламп имеют разную световую отдачу, которая измеряется, как говорят специалисты, в «люменах с ватта» (Лм/Вт) и показывает, сколько люменов светового потока образуется из одного ватта потребленной электроэнергии.

Так, лампы накаливания имеют небольшую светоотдачу — около 12 Лм/Вт, поскольку большая часть затрачиваемой электроэнергии уходит на нагрев вольфрамовой спирали и всего 5% преобразуется в свет. Гораздо выше этот показатель у люминесцентных ламп — до 100 Лм/Вт! Чтобы правильно организовать распределение света в пространстве, то есть в конкретном помещении, необходимо учитывать и размер тела свечения.

Вы скажете, что гораздо важнее для этого подобрать соответствующий светильник, «ответственный» за перераспределение светового потока, однако сам источник света здесь тоже играет далеко не последнюю роль. Чем меньше тело свечения, тем легче использовать отражатели и линзы, чтобы, например, сфокусировать свет в узкий луч. Согласитесь, лампы с большой поверхностью свечения (люминесцентные) создают подчас невыразительную картинку, смягчая контрасты и размывая тени. Следовательно, такой свет трудно сфокусировать.

Не следует забывать и о сроке службы ламп. Особенно стоит позаботиться об этом, устанавливая светильник в труднодоступных местах — нишах, карнизах или водоемах. Здесь абсолютными рекордсменами являются, конечно же, светодиоды, срок службы которых составляет до 12 лет! По сравнению с ними лампы накаливания горят ничтожно мало — всего 1000 часов, кроме того, со временем качество света (световой поток) лампы накаливания уменьшается.

Сравнительные характеристики различных видов ламп

Лампы накаливания

Старая добрая лампочка-«груша» с ее теплым приятным светом сегодня для многих продолжает оставаться символом искусственного света. Поэтому вполне объяснима и ее большая популярность: наиболее распространенными источниками света до сих пор являются именно лампы накаливания. Принцип действия этой лампы изучают в школе: вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух, разогревается под действием электрического тока и начинает светиться. Из-за такой конструкции экономичность и светоотдача ламп накаливания на фоне достижений других осветительных приборов выглядят явно неубедительно.

Кроме того, как видно из таблицы «Сравнительная характеристика различных типов ламп», лампы накаливания уступают галогенным, люминесцентным лампам и светодиодам и по другим параметрам. К их недостаткам помимо небольшого срока службы можно также отнести неблагоприятный спектральный состав, искажающий цветопередачу. В то же время невысокая цена и большое количество вариантов исполнения колб, от самых маленьких для карманного фонарика и елочной гирлянды до больших разноцветных прожекторных, привлекают покупателей из года в год. Декоративные лампы накаливания, например, предназначены для общего, местного и декоративного освещения. В люстрах и бра их декоративная форма (свеча, шар, витая свеча, рифленая свеча) может выгодно дополнять конструкцию светильника.

Люминесцентные лампы обладают отличной цветопередачей и светоотдачей

Галогенные лампы

Хотя сегодня лампа накаливания и считается продуктом массового производства, в котором вроде бы и улучшать больше нечего, работа над ее техническим совершенствованием продолжается. Знакомые нам по встроенным светильникам «галогенки» — это усовершенствованный благодаря некоторым технологическим новшествам (добавление галогенидов в колбу лампы, использование особых сортов кварцевого стекла) вариант ламп накаливания.

Преимуществами галогенных ламп перед обычными лампами накаливания являются: неизменно яркий свет в течение всего срока службы, красивый «сочный» свет, обеспечивающий великолепную цветопередачу и возможность создания привлекательных световых эффектов, компактность, более высокая световая отдача (при одинаковой мощности с лампами накаливания), а следовательно, и повышенная экономичность, увеличенный срок службы (в два раза больший, чем у стандартных ламп накаливания).

Кстати, в несколько раз повысить срок эксплуатации и тех и других ламп можно, используя пониженное напряжение питания в сети. При этом, однако, спектр излучения сдвигается в красную область. Галогенный свет создает обворожительный эффект глянцевой поверхности освещаемого им объекта. Подкупает своей красотой и живая игра спектрального света отражателей галогенных ламп. Небольшие размеры и огромный выбор галогенных ламп накаливания — от ламп с концентрированным пучком света до настенных ламп заливающего света — открывают перед дизайнерами новые возможности при подборе необычных вариантов освещения. Основной недостаток «галогенок» — нагревание в процессе горения. Именно из-за этого их не рекомендуют использовать в детских комнатах, для подсветки картин и других ценных работ с росписью.

Люминесцентные лампы разных цоколей

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы, или разрядные лампы низкого давления, представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. Под действием электрического разряда пары ртути излучают ультрафиолетовые лучи, а они, в свою очередь, заставляют нанесенный на стенки трубки люминофор излучать видимый свет.

Люминесцентные лампы обладают отличной цветопередачей и светоотдачей. Два варианта исполнения ламп — с трех- и пятиполосным люминофором имеют различное соотношение этих показателей. Лампы с трехполосным люминофором более экономичны (светоотдача до 100 Лм/Вт), но обладают худшей цветопередачей (Ra=80). Лампы с пятиполосным люминофором имеют отличную цветопередачу при меньшей световой отдаче (до 88 Лм/Вт). Впрочем, как и лампы накаливания, люминесцентные лампы зачастую неудовлетворительно передают некоторые цвета.

Люминесцентные лампы обеспечивают равномерный мягкий свет, но, как уже упоминалось, из-за большой площади излучения распределением света в пространстве управлять достаточно трудно. Впрочем, обычную люминесцентную лампу можно заменить компактной, в которой трубка закручена в спираль. Тем более что по своим параметрам компактные люминесцентные лампы приближаются к линейным.

Кстати, компактные люминесцентные лампы часто используют для замены ламп накаливания. Все люминесцентные лампы отличаются небольшим потреблением энергии и очень длительным сроком службы.

Например, люминесцентные линейные лампы работают в 8–20 раз дольше обычных ламп накаливания и в зависимости от типа и яркости потребляют на 85% меньше электроэнергии. Эти свойства люминесцентных ламп (долговечность и экономичность) определяют их повсеместное использование в офисных помещениях.

Кроме того, различные оттенки света (от подобного лампам накаливания до дневного) и цвета люминесцентных ламп дают дополнительные преимущества их применения, не говоря уже о разнообразии их типов (по мощности и размеру, конструкции и форме: прямые, кольцевые и U-образные). Среди недостатков — относительная громоздкость, необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (стартере и дросселе), чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься), наличие стробоскопического эффекта, который вызывается частыми, не уловимыми для зрения миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека нарушается правильное восприятие скорости движения предметов, появляются неприятные ощущения.

Кроме того, при неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве) люминесцентные лампы становятся источниками помех для радиоприемников и телевизоров. Светодиоды на сегодняшний день являются самыми перспективными источниками света

Светодиоды

Светодиоды (также часто используется английская аббревиатура LED — light emitting diodes), пожалуй, на сегодняшний день являются самыми перспективными источниками света. Изначально они использовались в электронике, затем — в светосигнальной технике (светофорах, дорожных знаках, вывесках и указателях). Позже эта технология нашла свое применение и в декоративном освещении.

В чем же преимущества светодиодов?

Экономичность. Светодиоды работают от низкого напряжения и, соответственно, потребляют очень мало электроэнергии, так как по сравнению с обычными источниками света практически всю энергию превращают в свет. Это позволяет снизить потребление энергии на 75%.

Сверхдолгий срок службы. Теоретически до 100 000 часов горения, то есть при использовании светильника в среднем по 8 часов в день он прослужит 35 лет! Для сравнения — обычной галогенной лампочки мощностью 10 Ватт хватает лишь на 2000 часов. Прочность. В отличие от традиционных источников света светодиоды намного прочнее и менее подвержены механическому воздействию, поскольку в них отсутствуют элементы (спирали, электроды), которые могут быть повреждены.

Отсутствие у светодиодов ультрафиолетового и инфракрасного излучения, что позволяет использовать их, в частности, для экспозиционной подсветки. Любой оттенок. Особая система цветосмешения (установка в одном корпусе трех групп светодиодов) позволяет получить практически любой цвет светового потока, что, несомненно, расширяет возможности использования светодиодов.

Вдобавок светодиоды обладают и другими преимуществами перед существующими источниками света. Так, небольшие размеры делают необычайно широким спектр их применения. Несколько светодиодов, объединенных в одну форму, способны заменить обычную лампу накаливания: расположенные по периметру, они могут освещать большие площади (например, светодиоды можно считать идеальным источником света при карнизном освещении).

Как источники света для наружного и декоративного освещения они обладают рядом уникальных достоинств, среди которых точная направленность света и возможность управления цветом и интенсивностью излучения. К недостаткам светодиодов можно отнести их более высокую стоимость по сравнению с другими источниками освещения. Однако надо понимать, что вышеуказанные достоинства с лихвой оправдывают вложенные затраты. Итак, задачей дизайнера, проектирующего тот или иной интерьер, является тщательный подбор как светильника, соответствующего стилистике и дизайну помещения, так и ламп, обеспечивающих требуемое качество цвета и света.

Отправьте нам заявку и получите проект освещения бесплатно

Мы на выгодных условиях сотрудничаем с архитекторами и дизайнерами, сетевыми магазинами, строительными и девелоперскими компаниями, проектными организациями и дилерами. Свяжитесь с нами, и мы обсудим детали сотрудничества на особых условиях



Спасибо, мы получили Ваше
обращение и перезвоним в
ближайшее время!

В рабочий день среднее время
ожидания не превышает 15 минут

Отправка заявки завершилась неудачей, пожалуйста, повторите попытку позднее


Понравилась статья? Поделитесь ей с друзьями!

Твитнуть

Поделиться

Плюсануть

Поделиться

Запинить

Теги: Технологии, LED, Источники света, Нормы освещения

Глоссарий

Угол свечения размер в градусном выражении светового конуса светоотражающей лампы, охватывающий отрезок от вершины конуса до плоскости основания, где яркость свечения составляет 50% от максимально возможной.
Колба термин означает стеклянную часть лампы, содержащую источник света.
Кандела Единица измерения силы света источника в заданном направлении. Источник освещения имеет различную силу света в зависимости от рассматриваемого направления.
Корреляционная цветовая температура (CCT) температура тела в кельвинах, при которой оно, посредством нагревания, испускает излучение того же цвета, что и рассматриваемое излучение.
Чип полупроводниковый материал очень маленького размера. Так же известен как кристалл, является активным светоизлучающим компонентом LED.
Индикатор цветопередачи параметр, характеризующий способность источника света передавать естественный цвет тела при его освещении, по сравнению с образцом с сопоставимой цветовой температурой.
Цветовая температура Согласно кривой Планка, цветовая температура определяется как температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемое излучение. Желтовато-белые или источники теплого света, как, например, лампы накаливания, имеют более низкую цветовую температуру (2700-3000 K), чем белые и голубовато-белые источники, такие как холодный белый (4500 K) или солнечный свет (6000 K).
Холодный белый цветовая температура от 4500 К и выше
Индекс цветопередачи (CRI) параметр, характеризующий уровень соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся) цвету этого тела при освещении его источником света.
Драйверы Схемы, которые преобразовывают напряжение в постоянный ток для работы светодиодов.
Теплоотвод служит для отвода тепла LED лампы, состоит из материалов с хорошей теплопроводностью для передачи внутреннего тепла лампы окружающей среде.
Освещенность Плотность света при достижении поверхности. Измеряется в фут-канделах или люкс.
Лампа накаливания электрический источник света, в котором тело накала нагревается до высокой температуры за счёт электрического тока, в результате чего излучает видимый свет.
Кельвин Единица измерения температуры. Начало шкалы совпадает с абсолютным нулём и параллельно шкале Цельсия.
Киловатт [к Вт] единица измерения мощности, равная 1000 W.
Киловатт-час [к Вт /ч] внесистемная единица, выражающая количество потребления энергии. Используется преимущественно для измерения потребления электроэнергии в быту. Лампа 100 Вт, работая 10 часов, потребляет 1000 Вт/ч или один кВт/ч. Если цена за потребление электроэнергии составляет 0,17 € за кВт/ч, то освещение помещения этой лампой в течение 10 часов будет стоить 17 центов.
Лампа Термин относится к источнику освещения в собранном виде, включая все внутренние детали и колбу. Также часто используется для обозначения малых осветительных приборов, таких как настольная лампа.
LED Светодиод или LED – это полупроводниковый прибор, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока за счет движения электронов. В большинстве светодиодов для изменения характеристик излучаемого света используются люминофоры.
Светильник осветительный прибор, состоящий из лампы (ламп) и пускорегулирующей аппаратуры для рассеивания света и освещения зданий, позволяющий подключение лампы к источнику питания и обеспечивающий ее защиту.
Световой поток (люмен) величина, характеризующая «количество» световой энергии, мощность излучения, воспринимаемого человеческим глазом. Величина не зависима от направления.
Сила света (кд) количественная величина силы потока излучения в определенном направлении, единица измерения – кандела.
Люкс (лк) единица измерения освещенности поверхности площадью 1 м² при световом потоке падающего на неё излучения, равном 1 лм. 10 лк приблизительно равны 1 фут-канделе.
OLED Органический светодиод – это светодиод, в испускающем электролюминесцентном слое которого находится тонкая пленка из органических соединений, эффективно излучающих свет, если пропустить через них электрический ток.
Люминофор неорганическое химическое соединение, переработанное в порошок и наносимое на внутреннюю поверхность стекла люминесцентной и некоторых других ламп, например, ртутных или металлогалогенных. Люминофоры служат для поглощения ультрафиолетового излучения с короткой длиной волны и способны преобразовывать его в видимый свет. Люминофоры также используются в светодиодных осветительных приборах в сочетании со светодиодами с определенной длиной волны для получения белого света.
Теплый белый Желтовато-белый свет с цветовой температурой приблизительно равной 2700 — 3500 К.
Ватт единица измерения мощности. Количество ватт лампы определяет количество потребления электроэнергии.

(PDF) Сравнение источников света

Сравнительные характеристики различных типов источников искусственного света

Краткие определения основных типов источников света

1. Лампы накаливания вакуумные (Накаливания)

Обыкновенные классические лампы накаливания с вольфрамовой нитью помещенной в

герметичную стеклянную колбу с откачанным воздухом. Имеют наиболее широкую область

использования. В настоящее время с развитием других источников света, газоразрядных и

светодиодных, лампы накаливания вытесняются из привычных сфер применения. Ряд стран, в т. ч.

Россия, имеют государственные программы замены ламп накаливания на светодиодные лампы.

2. Лампы накаливания галогенные (Галогенные)

Схожи с обыкновенными лампами накаливания, но отличаются наличием небольшого

количества инертных газов в колбе, способствующих регенерации нити накаливания при работе

лампы. Это позволяет накалить нить до более высоких температур и соответственно излучать спектр

больше смещенный в видимую область по сравнению с обыкновенными лампами накаливания.

Используются в высокоинтенсивных и ярких источниках света, фарах, прожекторах, освещении

интерьеров жилых и других непроизводственных помещений. Также в связи с развитием

газоразрядных и светодиодных источников света, использование галогенных ламп несколько

сокращается.

3. Газоразрядные люминесцентные лампы низкого давления (Люминесцентные)

Представляют собой газонаполненные колбы низкого давления. Принцип работы основан на

использовании тлеющего разряда в инертных газах, в отличие от дугового, как в ртутных лампах

высокого давления. Спектр излучения в основном определяется свойствами люминофора. Имеют

широкую область применения от быта до внешних территорий и специальных помещений.

4. Газоразрядные ртутные лампы среднего и высокого давления (Ртутные)

Лампы имеют внешнюю колбу с люминофором и внутреннюю колбу трубку, заполненную

смесью инертных газов и содержащую небольшое количество ртути. Принцип действия этих ламп

основан на интенсивном излучении с помощью дугового разряда в парах ртути. Спектр излучения

корректируется примесью газов и люминофором. Используются для освещения больших

территорий, площадей, улиц, цехов, теплиц.

5. Светодиодные лампы (Светодиодные)

Относятся к развивающемуся направлению источников света. Действие светодиодов основано на

явлении излучения света полупроводниками при прохождении прямого тока через переход и

рекомбинации дырок. Светодиоды представляют собой твердотельный элемент с

полупроводниковым кристаллом на подложке, электрическими выводами и оптической оболочкой в

виде прозрачного компаунда. Спектр излучения корректируется составом полупроводников,

методом сложения основных цветов от нескольких кристаллов и люминофорами. Применяются для

освещения в быту, промышленных и специальных помещениях, открытых территорий, фасадов, на

транспорте.

Параметры источников света

1. Эффективная светоотдача Лм/Вт

2. Начальная стоимость, эксплуатационные расходы

3. Срок службы

4. Безопасность

5. Требования к электропитанию

6. Регулируемость, динамика

7. Возможности цветовоспроизведения

8. Приемлемость спектра излучения

9. Требовательность к основным условиям эксплуатации

Применяемые в фонарях источники света

19.06.2014

Применяемые в фонарях источники света

Ручной фонарь, фонарик — небольшой, носимый источник света для индивидуального использования. В современном мире под карманными фонарями понимают прежде всего электрические фонари, хотя существуют механические, химические и с использованием открытого огня.

Применяемые в фонарях источники света

Лампы накаливания

Классическая лампа накаливания обладает целым рядом недостатков: низкая световая отдача, малый срок службы, слабая механическая прочность. В настоящее время практически вытеснена из употребления.

Галогенная лампа

Усовершенствованные лампы накаливания. Принцип излучения тот же — нагрев нити электрическим током. Отличия кроются в газах, наполняющих колбу лампы. У различных ламп состав этих газов может отличаться.

Обладает немного лучшими эксплуатационными свойствами, нежели обычная лампа накаливания. Даёт значительный световой поток. Имеется ряд недостатков: относительно высокая стоимость, малый срок службы, высокое энергопотребление, необходимость иметь при себе запасные лампы, иначе есть риск остаться в темноте, что неприемлемо, например, для спелеологов. Даже не слишком мощные фонари могут сильно нагреваться. Это связано с низким КПД ламп, в результате чего примерно 90 % энергии излучается в так называемом «тепловом» (инфракрасном) спектре, который невидим для глаз человека.

Светодиоды

Светодиоды в первую очередь отличаются высоким КПД излучения в видимой области спектра, в отличие от ламп накаливания. Светодиод даёт значительный световой поток, имеет очень длительный срок эксплуатации (обычно не менее 30 тысяч часов непрерывной работы, в отличие от примерно 50 часов лампы накаливания или галогенной лампы), низкое энергопотребление, а также малый вес фонарей при значительной яркости. Малый вес обусловлен высокой энергоэффективностью светодиодов и, соответственно, необходимостью использовать меньшее количество батарей, которые составляют значительную часть массы фонаря. К недостаткам можно отнести несколько неестественный спектр излучения у старых моделей светодиодов. Однако современные качественные светодиоды имеют настолько высокую цветопередачу, что практически неотличимы от ламп накаливания. Так же выпускаются светодиоды с цветовой температурой 3 000—4 000К, что примерно соответствует галогенной лампе.

В целом светодиодные фонари на данный момент являются наиболее удобными для использования в быту или в других местах, где не требуется сверхмощный световой поток.

Используются как массив из сверхъярких 5-мм индикаторных светодиодов, так и мощные светодиоды ( Varton, Cree, Philips, Seoul Semiconductor, OSRAM и др.) мощностью до 30Вт. Световой поток ручных светодиодных фонарей достигает 6 000 люмен.

HID

High-intensity discharge (разряд высокой интенсивности). В большинстве таких фонарей применяются дуговые газоразрядные металлогалогенные лампы, но встречаются модели и с чисто ксеноновыми лампами. Самые мощные карманные фонари. Срок службы ксеноновых ламп обычно 1 000—3 000 часов. Световой поток таких фонарей колеблется от 500 до 5 000 люмен (для сравнения: световой поток обычной лампы накаливания, мощностью 100 ватт — 1 000—1 500 люмен). Главное преимущество: мощнейший луч света, способный хорошо осветить объекты на расстоянии вплоть до нескольких километров. Главный недостаток: крайне высокая стоимость, значительная, 2-3 секунды, задержка при включении, часто некоторые части фонарей довольно сильно разогреваются в процессе работы, что может вызвать определённый дискомфорт. Если направить луч света на воспламеняющийся материал, возможно возгорание (относится и к мощным фонарям на лампе накаливания).

КПД HID-ламп сравним со светодиодами


Искусственные источники света: виды, особенности, сфера использования

Свет позволяет нам видеть окружающий мир, воспринимать цвета, форму и объем. В ходе эволюции человечество перестало довольствоваться естественными источниками освещения и создало собственные, искусственные. Как они работают, какими группами представлены, читайте в статье ниже.

Что такое источник света

Источник света — это любой объект, который излучает электромагнитные волны, воспринимаемые человеческим глазом. Свет не только дает возможность получать зрительную информацию, он — пусковой механизм многих процессов. В солнечных батареях свет с помощью фотоэлемента преобразуется в электрический ток. В растениях световые волны запускают химические реакции и участвуют в фотосинтезе.

Типы источников света

По происхождению различают искусственные и естественные источники света. В природе можно встретить разные объекты, способные светиться.

  • Космические тела: Солнце, звезды, кометы.

  • Атмосферные явления: молнии, северное сияние.

  • Представители растительного и животного мира (насекомые, морские организмы).

  • Химические элементы.

Искусственный свет – результат человеческой деятельности.

По характеру все световые источники разделяют на люминесцирующие (холодные) и тепловые. В первой группе – светлячки, гниющая древесина, люминесцентные лампы. Для объектов второго типа видимый спектр излучения – лишь способность, сопутствующая выделению тепла. В числе таковых пламя, Солнце, звезды, лампы накаливания и др.

Какие источники света используют в помещениях и на улице

Современные источники искусственного освещения объединяет общая характеристика. Они преобразуют электрическую энергию в световой поток. Различаются лампы по специфике работы, сфере использования, функциональным характеристикам.

  • Лампы накаливания. В спектре преобладают красное и желтое излучение. Приборы имеют небольшой ресурс, их применяют в быту и для декоративного освещения.

  • Галогенные лампы. Их особенность – длительный ресурс эксплуатации, способный достигать 5000 часов. В колбу устройства вводят специальные галогеновые газы, призванные замедлять разрушение вольфрамовой нити. Среди плюсов таких ламп – яркий свет, высокое качество цветопередачи.

  • Люминесцентные приборы. Их относят к газоразрядными источникам света. Электрический импульс создает ультрафиолетовое излучение, при котором наблюдается свечение люминофора. Устройства разнятся по качеству цветопередачи, устанавливаются в производственных и коммерческих помещениях. В продаже можно найти трубчатые, кольцевые и компактные спиралевидные модели.

  • Газоразрядные лампы высокого давления. Применяются для наружного освещения, поскольку хорошо переносят перепады температур, имеют широкий диапазон мощности и солидный срок службы. Обеспечивают хороший уровень световой отдачи, но цветопередача оставляет желать лучшего.

  • Светодиоды. Наиболее перспективная группа. Надежные, энергоэффективные, яркие, они широко используются в разных сферах.

Большой выбор электротоваров представлен в каталоге нашего сайта. Их можно приобрести оптом и в розницу по доступной цене.

Читайте также: Энергосберегающие лампы: виды, характеристики, преимущества и недостатки оборудования.

Характеристики источников света

  • Напряжение. Характеристика показывает, какое напряжение электрической сети требуется оборудованию для старта и стабильной работы, измеряется в вольтах.

  • Мощность. Измеряется в ваттах, говорит о количестве энергии, которое потребляет прибор за определенное время.

  • Световой поток. Отвечает за эффективность прибора освещения, измеряется в люменах.

  • Световая отдача. Показывает КПД осветительного прибора, зависит от энергоэффективности. Определяется как соотношение светового потока к количеству использованной энергии.

  • Цветовая температура. Характеристика указывает на оттенок светового излучения. Выделяют три основные группы: теплая (до 3000 К), нейтральная (до 5000 К), небесно-голубая (свыше 5000 К).

  • Уровень освещенности. Единица измерения – люкс, показывает количество светового потока на единицу площади.

  • Индекс цветопередачи. Единица учета – Ra. Максимальное значение соответствует свету солнца и составляет 100%. Допустимым считается показатель в диапазоне 80-100%. Более низкие значения искажают естественные тона объектов.

  • Спектр излучения. Человеческий глаз воспринимает свет в промежутке с длиной волны от 380 до 780 нанометров. Смещение этого показателя в крайние позиции дает преобладание синего и красного спектра.

Важно знать! Цветовая температура влияет на эмоциональное восприятие и ощущение комфорта у человека.

Что важно знать и учитывать при выборе источника света

  • Мощность. От параметра зависит энергоэффективность искусственного источника света, а также ваш счет за электричество.

  • Светоотдача. Ламп с бОльшим показателем требуется меньше при прочих равных.

  • Цветопередача. Способность техники корректно отображать палитру окружающего мира.

  • Цвет излучения. В жилых помещениях отдают предпочтение теплому световому потоку (до 3000 К), в коммерческих и производственных – холодному (до 5000 К).

  • Эксплуатационный и гарантийный ресурс.

Основные группы искусственных источников света

  1. Газоразрядные лампы. Оптимальное сочетание эффективности и стоимости. Колба представляет собой цилиндрическую трубку, в которую закачаны пары ртути. Устройства экономные в расходе энергии. Срок службы достигает 20 000 часов. Среди преимуществ: хорошая цветопередача, отсутствие нагрева во время работы. Недостатки: снижается световой поток при понижении или повышении температуры, содержат ртуть.
  2. Лампа накаливания. Изобретенный раньше других искусственный источник света. Характеризуется светом теплой тональности, имеет погрешность в передаче сине-голубых, желтых и красных тонов. Среди преимуществ: доступность, невысокая цена, нетребовательность к оборудованию. Среди недостатков: нагреваются при работе, срок службы порядка 1000 часов, КПД не превышает 10%.
  3. Светодиодные лампы. Используют полупроводниковые кристаллы, которые при преобразовании электричества светятся. Благодаря отличным техническим характеристикам уверенно завоевывают рынок. Световая отдача – до 120 Лм/Вт, срок службы – до 100000 часов, цветопередача – в диапазоне 80-85.

Преимущества оборудования:

  • возможность создания светильников сложных геометрических форм;

  • экономное потребление электроэнергии;

  • высокий КПД;

  • отличная механическая прочность;

  • безопасность;

  • ремонтопригодность;

  • длительный срок службы.

К недостаткам можно отнести малый угол излучения и узкий спектральный состав.

Приобрести современные электротовары вы можете в нашем магазине. Доступные цены и большой ассортимент позволяют подобрать лампы для любых светильников.

Важно знать! Светодиодные лампы используют как индикаторы, точечную, ленточную подсветку.

Выбираем источник света для дома

Для домашнего использования лучше остановиться на светодиодных приборах. Разнообразие форм и размеров позволяет реализовать любые типы подсветки. Вариативность количества светодиодов обеспечивает достаточную яркость освещения, а солидный эксплуатационный ресурс поможет надолго забыть о замене лампочек.

Выводы

Современные источники света надежны, безопасны, потребляют минимум энергии. При выборе ламп обращайте внимание на рекомендации, указанные на световом оборудовании, учитывайте размеры помещения и степень естественного освещения. Специалисты магазина «Свет депо» всегда готовы помочь в выборе и комплектации заказа.

Виды источников света и их характеристики

Дата публикации: .
Категория: Статьи.

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 – 106 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.

В светодиодных источниках излучения свет образуется в полупроводниковом кристалле при переходе электронов с одного энергетического уровня на другой, в результате чего происходит излучение фотонов.

На основании изложенных различий источники света делят на четыре класса.

Тепловые

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

Люминесцентные

К ним относят следующие виды электрических ламп: дуговые ртутные лампы, различные лампы тлеющего разряда, люминесцентные лампы 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 Uл.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 Pл.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 Iл.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 специальных ламп накаливания 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 Iv, IvΘ, для яркости – L, их единицы измерения – соответственно кандела (кд) и кандела на квадратный метр (кд/м2).

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

ηv = Ф / P .

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 τполн – 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 τп – 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.

ИСТОЧНИКИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ • Большая российская энциклопедия

ИСТО́ЧНИКИ ОПТИ́ЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕ́НИЯ (ис­точ­ни­ки све­та), при­бо­ры и уст­рой­ст­ва, а так­же при­род­ные объ­ек­ты, в ко­то­рых разл. ви­ды энер­гии пре­об­разу­ют­ся в энер­гию оп­тич. из­лу­че­ния в диа­па­зо­не длин волн λ ≈ 10 нм – 1 мм. При­род­ные из­лу­чаю­щие объ­ек­ты – Солн­це, звёз­ды, ат­мо­сфер­ные раз­ря­ды и др. – яв­ля­ют­ся ес­те­ст­вен­ны­ми И. о. и. Ис­кус­ст­вен­ные И. о. и. в за­ви­си­мо­сти от ви­да пре­об­ла­даю­ще­го эле­мен­тар­но­го про­цес­са ис­пус­ка­ния – вы­ну­ж­ден­но­го или спон­тан­но­го – де­лят­ся на ко­ге­рент­ные и не­ко­ге­рент­ные. Ко­ге­рент­ные И. о. и. (ла­зе­ры) ге­не­ри­ру­ют из­лу­че­ние с чрез­вы­чай­но боль­шой спек­траль­ной ин­тен­сив­но­стью и вы­со­кой сте­пе­нью на­прав­лен­но­сти и мо­но­хро­ма­тич­но­сти. (Об их уст­рой­ст­ве и при­ме­не­нии см. в ст. Ла­зер.) Из­лу­чение боль­шин­ст­ва И. о. и. не­ко­ге­рент­но и пред­став­ля­ет со­бой су­пер­по­зи­цию элек­тро­маг­нит­ных волн, спон­тан­но ис­пус­кае­мых со­во­куп­но­стью не­за­ви­си­мых эле­мен­тар­ных из­лу­ча­те­лей.

Опи­сы­вае­мые ни­же ис­кусств. не­ко­ге­рент­ные И. о. и. клас­си­фи­ци­ру­ют по ви­дам из­лу­че­ния, ро­ду вво­ди­мой в них энер­гии и спо­со­бам пре­об­ра­зо­ва­ния её в све­то­вую, по на­зна­че­нию, ви­ду и об­лас­ти спек­тра (ин­фра­крас­ная, ви­ди­мая, ульт­ра­фио­ле­то­вая), кон­ст­рук­тив­ным осо­бен­но­стям и ре­жи­мам экс­плуа­та­ции, обус­лов­лен­ным разл. тре­бо­ва­ния­ми, предъ­яв­ляе­мы­ми к И. о. и. в их раз­но­об­раз­ных при­клад­ных и на­уч. при­ме­не­ни­ях.

Из­лу­че­ние ис­точ­ни­ков све­та ха­рак­те­ри­зу­ет­ся энер­ге­тич. или све­то­вы­ми фо­то­мет­ри­че­ски­ми ве­ли­чи­на­ми – по­то­ком из­лу­че­ния, све­то­вым по­то­ком, си­лой све­та, яр­ко­стью, све­ти­мо­стью и др. Мно­гие И. о. и. со сплош­ным спек­тром ат­те­сту­ют по их яр­ко­ст­ной $T_B$ или цве­то­вой $T_C$ темп-ре. В ря­де при­ме­не­ний важ­но знать ос­ве­щён­ность, соз­да­вае­мую И. о. и.; они мо­гут ха­рак­те­ри­зо­вать­ся так­же не­стан­дарт­ны­ми ве­ли­чи­на­ми, напр. по­то­ком фо­то­нов. Им­пульс­ные И. о. и. ха­рак­те­ри­зу­ют­ся дли­тель­но­стью $τ$ и фор­мой им­пуль­са из­лу­че­ния (см. Фо­то­мет­рия им­пульс­ная). Эф­фек­тив­ность пре­об­ра­зо­ва­ния вво­ди­мой в И. о. и. энер­гии в све­то­вую оп­ре­де­ля­ет­ся энер­ге­ти­че­ским (спек­траль­ным) кпд или све­то­вой от­да­чей $η$. К тех­нич. ха­рак­те­ри­сти­кам И. о. и. от­но­сят­ся так­же вво­ди­мая мощ­ность $P$ или энер­гия $W$, раз­мер све­тя­ще­го­ся те­ла, про­стран­ст­вен­ное рас­пре­де­ле­ние и ста­биль­ность из­лу­че­ния, срок служ­бы и др.3 К$). В ис­кусств. те­п­ло­вых И. о. и. из­лу­чаю­щее те­ло на­гре­ва­ет­ся элек­трич. то­ком или в ре­зуль­та­те вы­де­ле­ния энер­гии в хи­мич. ре­ак­ци­ях го­ре­ния.

Пла­мё­на, воз­ни­каю­щие при го­ре­нии га­зо­вых, жид­ких или твёр­дых го­рю­чих ве­ществ, име­ют сплош­ной спектр из­лу­че­ния с $T_B$ до 3000 К, об­ра­зо­ван­ный рас­ка­лён­ны­ми твёр­ды­ми мик­ро­час­ти­ца­ми. При от­сут­ст­вии та­ких час­тиц на­блю­да­ют­ся по­ло­са­тый и ли­ней­ча­тый спек­тры из­лу­че­ния, соз­да­вае­мые га­зо­об­раз­ны­ми про­дук­та­ми го­ре­ния или хи­мич. эле­мен­та­ми, спе­ци­ально вво­ди­мы­ми в пла­мя (напр., для спек­траль­но­го ана­ли­за). В пи­ро­тех­нич. ос­ве­ти­тель­ных и сиг­наль­ных сред­ст­вах (ра­ке­ты, фей­ер­вер­ки и др.) ис­поль­зу­ют­ся спрес­со­ван­ные пла­мён­ные со­ста­вы, со­дер­жа­щие го­рю­чее ве­ще­ст­во и окис­ли­тель. В ка­че­ст­ве ис­точ­ни­ка ИК-из­лу­че­ния при­ме­ня­ют ке­ра­мич. и ме­тал­лич. те­ла разл. форм и раз­ме­ров, на­гре­вае­мые пла­мён­ным или ка­та­ли­ти­ческим (без пла­ме­ни) сжи­га­ни­ем га­за.

В элек­три­че­ских ИК-из­лу­ча­те­лях на­ка­ли­вае­мая то­ком ни­хро­мо­вая или вольф­ра­мо­вая спи­раль по­ме­ща­ет­ся в из­лу­чаю­щую те­п­ло­стой­кую обо­лоч­ку ли­бо из­лу­ча­ет са­мо те­ло на­ка­ла, из­го­тов­ляе­мое в ви­де лен­ты, спи­ра­ли, стерж­ня, тру­бы и т. д. из ту­го­плав­ких ме­тал­лов или про­во­дя­щих не­ме­тал­лич. ма­те­риа­лов (гра­фит, ту­го­плав­кие кар­би­ды и ок­си­ды метал­лов). Та­кие ис­точ­ни­ки ИК-из­лу­че­ния при­ме­ня­ют­ся для обог­ре­ва по­ме­ще­ний, в те­п­ло­фи­зич. ис­сле­до­ва­ни­ях и для пром. тер­мо­об­ра­бот­ки ма­те­риа­лов. В ИК-спек­тро­фо­то­мет­рии ис­поль­зу­ют­ся стерж­не­вые эта­лон­ные из­лу­ча­те­ли – штифт Нерн­ста, гло­бар, имею­щие хо­ро­шо вос­про­из­во­ди­мую за­ви­си­мость $ε(λ,T) =$ 0,8–0,95 в ИК-об­лас­ти спек­тра. Для мет­ро­ло­гич. из­ме­ре­ний ис­поль­зу­ет­ся оп­ре­де­ляе­мое толь­ко ве­ли­чи­ной темп-ры $T$ рав­но­вес­ное из­лу­че­ние мо­де­лей аб­со­лют­но чёр­но­го те­ла, пред­став­ляю­щих со­бой по­лос­ти разл. форм с ма­лым вы­ход­ным от­вер­сти­ем, из­го­тов­ляе­мые из ту­го­плав­ких про­во­дя­щих ма­те­риа­лов, на­гре­вае­мых до $T ⩽$ 3000 $К$.

Элек­три­че­ские лам­пы на­ка­ли­ва­ния (ЛН) яв­ля­ют­ся са­мы­ми рас­про­стра­нён­ны­ми те­п­ло­вы­ми И. о. и., при­ме­няе­мы­ми для об­ще­го и спец. ос­ве­ще­ния, сиг­на­ли­за­ции, в ки­но­про­ек­ци­он­ной ап­па­ра­ту­ре, про­жек­то­рах, в ка­че­ст­ве эта­ло­нов в пи­ро­мет­рии и фо­то­мет­рии (све­то­из­мери­тель­ные лам­пы). Но­менк­ла­ту­ра се­рий­ных ЛН со­став­ля­ет ок. 600 ти­по­разме­ров – от сверх­ми­ниа­тюр­ных ($P =$ 0,01 Вт, диа­метр 0,2 см) до мощ­ных про­жек­тор­ных ($P =$ 10 кВт, диа­метр 30 см). Те­ло на­ка­ла из­го­тов­ля­ет­ся из $\ce{W}$ в ви­де ни­ти, спи­ра­ли или лен­ты и по­ме­ща­ет­ся в ва­ку­уми­руе­мую или на­пол­няе­мую инерт­ным га­зом стек­лян­ную кол­бу, обыч­но ка­п­ле­об­раз­ной фор­мы. Све­то­вые ха­рак­те­ри­сти­ки и срок служ­бы ЛН ог­ра­ни­чи­ва­ют­ся по­тем­не­ни­ем кол­бы из-за рас­пы­ле­ния вольф­ра­мо­вой ни­ти и её пе­ре­го­ра­ни­ем.

Га­ло­ген­ные лам­пы на­ка­ли­ва­ния (ГЛН) на­пол­ня­ют­ся Хе с до­бав­ка­ми ио­да или ле­ту­чих хи­мич. со­еди­не­ний Вr, обес­пе­чи­ваю­щи­ми об­рат­ный пе­ре­нос ис­па­рив­ше­го­ся $\ce{W}$ со стен­ки кол­бы на нить. Бла­го­да­ря это­му они слу­жат до 2000 ч при $T =$ 3200 К. В ГЛН вольф­ра­мо­вое те­ло на­ка­ла рас­по­ла­га­ет­ся вдоль оси уз­кой квар­це­вой труб­ки, на­гре­вае­мой для под­дер­жа­ния га­ло­ген­но­го цик­ла. ГЛН при­ме­ня­ют­ся в тех же об­лас­тях, что и обыч­ные ЛН, а так­же в ксе­ро­гра­фии и тер­мо­гра­фии.

В элек­тро­дос­вет­ных И. о. и. из­лу­ча­телем слу­жит анод­ный кра­тер или рас­ка­лён­ная зо­на ка­то­да ду­го­во­го раз­ря­да в воз­ду­хе или в на­пол­нен­ной $\ce{Ar}$ лам­пе.

Люминесцирующие источники оптического излучения

В ис­точ­ни­ках све­та это­го ти­па из­лу­ча­ют хо­лод­ные твёр­дые и жид­кие лю­ми­но­фо­ры и га­зы, воз­буж­дае­мые по­то­ком фо­то­нов, элек­тро­нов и др. час­тиц или элек­трич. по­лем. Све­то­вые ха­рак­те­ри­сти­ки и спектр из­лу­че­ния та­ких И. о. и. оп­ре­де­ля­ют­ся свой­ст­ва­ми лю­ми­но­фо­ров, а так­же плот­но­стью по­то­ка и энер­ги­ей воз­бу­ж­даю­щих час­тиц или на­пря­жён­но­стью элек­трич. по­ля.

Фо­то­лю­ми­нес­цен­ция ис­поль­зу­ет­ся для пре­об­ра­зо­ва­ния спек­тра из­лу­че­ния пер­вич­но­го ис­точ­ни­ка. В лю­ми­нес­цент­ных лам­пах слой лю­ми­но­фо­ра из­лу­ча­ет в ви­ди­мой и ближ­ней УФ-об­лас­ти под дей­ст­ви­ем УФ-из­лу­че­ния раз­ря­да. С кон. 20 в. вме­сто ламп на­ка­ли­ва­ния в бы­ту ста­ли при­ме­нять т. н. энер­го­сбе­ре­гаю­щие лам­пы – лю­ми­нес­цент­ные лам­пы ком­пакт­ных раз­ме­ров. Та­к, энергосбере­гаю­щая лам­па мощ­но­стью ок. 20 Вт да­ёт та­кой же све­то­вой по­ток, как и лам­па на­ка­ли­ва­ния мощ­но­стью 100 Вт, и слу­жит зна­чи­тель­но доль­ше.

Ка­то­до­лю­ми­нес­цент­ны­ми И. о. и. яв­ля­ют­ся по­кры­тые лю­ми­но­фо­ра­ми эк­раны элек­трон­но-лу­че­вых тру­бок, воз­буж­дае­мые пуч­ком элек­тро­нов, а так­же низ­ко­вольт­ные ка­то­до­лю­ми­нес­цент­ные ин­ди­ка­то­ры.

На ос­но­ве ин­жек­ци­он­ной элек­тро­лю­ми­нес­цен­ции в по­лу­про­вод­ни­ках ра­бо­та­ют све­то­из­лу­чаю­щие дио­ды, из­го­тов­ляе­мые в ви­де дис­крет­ных и ин­те­граль­ных уст­ройств, слу­жа­щих осн. эле­мен­том оп­то­элек­тро­ни­ки и при­ме­няе­мых так­же для ин­ди­ка­ции и сиг­на­ли­за­ции, в ка­че­ст­ве ка­либ­ро­воч­ных ис­точ­ни­ков и для ос­ве­ще­ния. В элек­тро­лю­ми­нес­цент­ных ин­ди­ка­тор­ных па­не­лях ис­поль­зу­ет­ся све­че­ние по­рош­ко­вых кри­стал­ло­фос­фо­ров.

Ра­дио­лю­ми­нес­цен­ция, воз­бу­ж­дае­мая про­дук­та­ми ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да разл. изо­то­пов, по­зво­ля­ет по­лу­чать ви­ди­мое из­лу­че­ние в све­то­со­ста­вах по­сто­ян­но­го дей­ст­вия.

В хе­ми­лю­ми­нес­цент­ных ис­точ­ни­ках све­та лю­ми­нес­цен­ция воз­ни­ка­ет в ре­зуль­та­те пре­вра­ще­ния энер­гии хи­мич. ре­ак­ций в ви­ди­мое из­лу­че­ние (см. Хи­ми­че­ские ис­точ­ни­ки све­та).

Све­то­вые вспыш­ки, воз­ни­каю­щие в сцин­тил­ля­то­рах под дей­ст­ви­ем ио­ни­зи­рую­щих час­тиц, а так­же из­лу­че­ние Ва­ви­ло­ва – Че­рен­ко­ва и пе­ре­ход­ное из­луче­ние ис­поль­зу­ют­ся для ре­ги­ст­ра­ции ре­ля­ти­ви­ст­ских за­ря­жен­ных час­тиц.

Плазменные источники оптического излучения

Такие источники име­ют энер­ге­тич. ха­рак­те­ри­сти­ки и спектр из­лу­че­ния (ли­ней­ча­тый или сплош­ной), оп­ре­де­ляе­мые темп-рой и дав­ле­ни­ем плаз­мы, об­ра­зую­щей­ся в них при элек­трич. раз­ря­де (см. Раз­ряд­ные ис­точ­ни­ки све­та) или иным спо­собом, и из­ме­няю­щие­ся в ши­ро­ких пре­де­лах в за­ви­си­мо­сти от хи­мич. со­ста­ва ра­бо­че­го ве­ще­ст­ва и вво­ди­мой мощ­но­сти. Пре­дель­ные па­ра­мет­ры, ог­ра­ни­чи­вае­мые тех­ни­че­ски осу­ще­ст­ви­мой ско­ро­стью вво­да энер­гии и стой­ко­стью ма­те­риа­лов кон­ст­рук­ции, в им­пульс­ных плаз­мен­ных И. о. и. на­мно­го вы­ше, чем в не­пре­рыв­ных.

Га­зо­раз­ряд­ные лам­пы (ГРЛ) из­го­тов­ля­ют­ся в ви­де гер­ме­тич­ных ламп труб­ча­той, ша­ро­вид­ной и др. форм со впа­ян­ны­ми в них элек­тро­да­ми, на­пол­няе­мых га­за­ми при дав­ле­ни­ях от 1 Па до не­сколь­ких МПа. В них мо­гут вво­дить­ся ме­тал­лы или их хи­мич. со­еди­не­ния, ис­па­ряе­мые при раз­ря­де в бу­фер­ном инерт­ном га­зе ($\ce{Аr}$, смесь $\ce{Ne}$ и $\ce{Аr}$). Осо­бен­но ши­ро­ко ис­поль­зу­ет­ся лег­ко­ис­па­ряю­щая­ся ртуть (см. Ртут­ная лам­па). Спек­траль­ный диа­па­зон из­лу­че­ния, вы­хо­дя­ще­го из ГРЛ, оп­ре­де­ля­ет­ся об­ла­стью про­пус­ка­ния ма­те­риа­ла кол­бы лам­пы – си­ли­кат­ных и квар­це­вых стё­кол или око­шек из этих и др. оп­тич. ма­те­риа­лов.

ГРЛ низ­ко­го дав­ле­ния в за­ви­си­мо­сти от плот­но­сти то­ка на ка­то­де ра­бо­та­ют в ре­жи­ме тлею­ще­го или ду­го­во­го раз­ря­да. В ин­ди­ка­тор­ных лам­пах и па­не­лях, обыч­но на­пол­няе­мых сме­сью $\ce{Ne}$ с $\ce{Не}$ и $\ce{Аr}$, ис­поль­зу­ет­ся тлею­щее све­че­ние, ло­ка­ли­зо­ван­ное вбли­зи ка­то­да. Труб­ча­тые ГРЛ с па­ра́­ми $\ce{Hg}$ или $\ce{Na}$ из­лу­ча­ют в ре­зо­нанс­ных ли­ни­ях до 80% вво­ди­мой мощ­но­сти, по­это­му дос­ти­га­ют­ся боль­шие кпд и $η$. На­трие­вые ГРЛ низ­ко­го дав­ле­ния да­ют оран­же­вый цвет и ис­поль­зу­ют­ся для улич­но­го ос­ве­ще­ния. Ртут­ные лю­ми­нес­цент­ные ГРЛ ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся для внутр. и де­ко­ра­тив­но­го ос­ве­ще­ния. На внутр. по­верх­ность их стек­лян­ной труб­ки на­но­сит­ся слой лю­ми­но­фо­ра, пре­об­ра­зую­щий ре­зо­нанс­ное УФ-из­лу­че­ние $\ce{Hg}$ в ви­ди­мую об­ласть со спек­тром из­лу­че­ния, близ­ким к днев­но­му све­ту или оп­ре­де­лён­ной цвет­но­сти. Эри­тем­ные и бак­те­ри­цид­ные ртут­ные лам­пы, из­лу­чаю­щие в УФ-диа­па­зо­не че­рез стен­ку кол­бы из увио­ле­во­го или квар­це­во­го стек­ла, ис­поль­зу­ют­ся в ме­ди­ци­не и био­ло­гии.

Ду­го­вые ртут­ные труб­ча­тые (ДРТ) и ду­го­вые ксе­но­но­вые труб­ча­тые (ДКсТ) лам­пы вы­со­ко­го дав­ле­ния и ду­го­вые ртут­ные ша­ро­вые (ДРШ) и ду­го­вые ксе­но­но­вые ша­ро­вые (ДКсШ) лам­пы сверх­вы­со­ко­го дав­ле­ния име­ют кол­бы из тер­мо­проч­но­го квар­це­во­го стек­ла. Для на­руж­но­го ос­ве­ще­ния ис­поль­зу­ют­ся лам­пы ДРТ, в ко­то­рых раз­ряд­ная труб­ка по­ме­ща­ет­ся в стек­лян­ную обо­лоч­ку, по­кры­тую лю­ми­но­фо­ром, уси­ли­ваю­щим крас­ную часть спек­тра, и лам­пы вы­со­ко­го дав­ле­ния с раз­ряд­ной труб­кой, со­дер­жа­щей $\ce{Na}$, а так­же $\ce{Хе}$ и $\ce{Hg}$. В ме­тал­ло­га­ло­ген­ных лам­пах (ду­го­вых ртут­ных с из­лу­чаю­щи­ми до­бав­ка­ми, ДРИ) спектр кор­рек­ти­ру­ют, вво­дя в раз­ряд га­ло­ге­ни­ды разл. ме­тал­лов. Лам­пы ДРИ, так же как и ДКсШ, имею­щие спектр, близ­кий к сол­неч­но­му, ис­поль­зу­ют для ими­та­ции его из­лу­че­ния, при цвет­ных фо­то-, ки­но- и те­ле­съём­ках, в по­ли­гра­фии, ки­но­про­ек­ци­он­ной ап­па­ра­ту­ре и про­жек­то­рах. Лам­пы ДРТ и ДРШ ис­поль­зу­ют­ся в лю­ми­нес­цент­ном ана­ли­зе, фо­то­хи­мии, ИК-спек­тро­ско­пии, мик­ро­ско­пии, в ме­ди­ци­не и био­ло­гии, для све­то­ко­пи­ро­ва­ния и фо­то­ли­то­гра­фии.

Спек­траль­ные лам­пы (с пара́ми ме­тал­лов или инерт­ны­ми га­за­ми, во­до­род­ные и дей­те­рие­вые, с по­лым ка­то­дом, ша­ровые вы­со­ко­час­тот­ные без­элек­трод­ные лам­пы), из­лу­чаю­щие в осн. в ре­зо­нанс­ных ли­ни­ях разл. эле­мен­тов или в не­пре­рыв­ном ви­ди­мом и ближ­нем УФ-спект­ре, при­ме­ня­ют­ся в спек­тро­фо­то­мет­рии, спек­траль­ном ана­ли­зе и др. Спек­траль­ные лам­пы по­зво­ля­ют по­лу­чать ли­ней­ча­тые спек­тры ок. 70 хи­мич. эле­мен­тов.

Сво­бод­но го­ря­щая ду­га, в ка­нал ко­торой по­сту­па­ют ис­пус­каю­щие ли­ней­ча­тый спектр па­ры́ ма­те­риа­ла элек­тро­дов или спец. вста­вок в нём, ис­поль­зу­ет­ся в эмис­си­он­ном спек­траль­ном ана­ли­зе.

Им­пульс­ные плаз­мен­ные И. о. и. име­ют вы­со­кую яр­кость, дос­ти­гае­мую за счёт крат­ко­вре­мен­но­го вво­да боль­шой удель­ной мощ­но­сти при элек­трич.4  К$. Ис­кро­вой раз­ряд дли­тель­но­стью в неск. на­но­се­кунд реа­ли­зу­ет­ся при ми­ним. ин­дук­тив­но­сти раз­ряд­но­го кон­ту­ра в ла­бо­ра­тор­ных И. о. и. для им­пульс­но­го фо­то­ли­за и сверх­ско­ро­ст­ной фо­то­съём­ки.

Для та­ких при­ме­не­ний, а так­же для ис­сле­до­ва­ния плаз­мы, на­кач­ки ла­зе­ров, ими­та­ции вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных ра­диа­ци­он­но-га­зо­ди­на­мич. яв­ле­ний в ка­че­ст­ве стан­дар­тов яр­ко­сти и др. ис­поль­зу­ют­ся ла­бо­ра­тор­ные и стен­до­вые мощ­ные им­пульс­ные И. о. и. разл. ти­пов: элек­тро­раз­ряд­ные эро­зи­он­ные И. о. и. (раз­ряд с ис­па­ряе­мой стен­кой, маг­ни­то­при­жа­тый раз­ряд, элек­трич. взрыв тон­ких ме­тал­лич. про­во­ло­чек или фоль­ги в га­зе или ва­куу­ме), про­тя­жён­ные (до 1 м) силь­но­точ­ные (до 500 кА) са­мо­сжа­тые раз­ря­ды в га­зах (Z-пинч), сверх­зву­ко­вые удар­ные вол­ны, соз­да­вае­мые в т. н. удар­ных тру­бах или при вы­хо­де де­то­на­ци­он­ной вол­ны из ку­му­ля­тив­но­го ка­на­ла за­ря­да взрыв­ча­то­го ве­ще­ст­ва в воз­дух или инерт­ный газ.4}$$K$.

Ла­зер­ная плаз­ма, об­ра­зую­щая­ся при фо­ку­си­ров­ке мощ­но­го им­пуль­са ла­зер­но­го из­лу­че­ния в плот­ном га­зе (ла­зер­ная ис­кра) или на твёр­дой ми­ше­ни, по­зво­ля­ет по­лу­чить яр­кую вспыш­ку и при­ме­ня­ет­ся в спек­тро­ско­пии.

Син­хро­трон­ное из­лу­че­ние, ис­пус­кае­мое элек­тро­на­ми в син­хро­тро­нах, име­ет ин­тен­сив­ный сплош­ной спектр, пе­ре­кры­ваю­щий весь оп­тич. диа­па­зон. Его спек­траль­ный со­став и яр­кость ре­гу­ли­ру­ют­ся из­ме­не­ни­ем энер­гии элек­тро­нов; оно очень ста­биль­но, по­это­му ис­поль­зу­ет­ся как эта­лон­ное в ва­ку­ум­ной УФ-об­лас­ти.

Источники видимого света — Введение

Видимый свет составляет лишь крошечную часть всего спектра электромагнитного излучения, однако он содержит единственную область частот, на которую будут реагировать палочки и колбочки человеческого глаза. Длины волн, которые люди обычно могут визуализировать, лежат в очень узком диапазоне от примерно 400 до 700 нанометров. Люди могут наблюдать и реагировать на раздражители, создаваемые видимым светом, потому что глаза содержат специализированные нервные окончания, чувствительные к этому диапазону частот.Однако остальная часть электромагнитного спектра невидима.

За излучение электромагнитного излучения отвечает широкий спектр источников, которые, как правило, классифицируются в соответствии с определенным спектром длин волн, генерируемых источником. Относительно длинные радиоволны производятся электрическим током, протекающим через огромные широковещательные антенны, в то время как гораздо более короткие видимые световые волны создаются колебаниями энергетического состояния отрицательно заряженных электронов внутри атомов.Самая короткая форма электромагнитного излучения, гамма-волны, возникает в результате распада ядерных компонентов в центре атома. Видимый свет, который люди могут видеть (спектр показан на Рисунке 1), обычно представляет собой смесь длин волн, меняющийся состав которых зависит от источника света.

В повседневной жизни мы подвергаемся бомбардировке огромным спектром электромагнитного излучения, только часть которого мы можем «видеть» как видимый свет. Когда вы выходите на улицу, подавляющее большинство видимого людям света испускается солнцем, которое также производит множество других частот излучения, не попадающих в видимый диапазон.Внутри мы видим видимый свет, исходящий от искусственных источников, в основном люминесцентных и ламп накаливания вольфрамовых приборов.

Ночью естественный свет излучается небесными телами, такими как луна, планеты и звезды, в дополнение к периодическому северному сиянию (северное сияние) и случайным кометам или метеорам («падающая звезда»). Другие источники естественного света включают метеорологические молнии, вулканы, лесные пожары, а также некоторые биохимические источники видимого света ( биолюминесценция ).Биологические источники света включают знакомых молниеносных насекомых («светлячков») и более экзотическое свечение моря, включая биолюминесцентные виды бактерий, водоросли, динофлагелляты, медузы, гребневики (гребневики) и некоторые виды рыб.

Длина волны видимого света и воспринимаемый цвет
400-430
Диапазон длин волн
(нанометров)
Воспринимаемый цвет
340-400 Ближний ультрафиолет (УФ; Невидимый)
78
32
Фиолетовый
430-500 Синий
500-570 Зеленый
570-620 570-620 9000 От желтого до оранжевого
620-670 Ярко-красный
670-750 Темно-красный
Более 750 Ближний инфракрасный (ИК; Невидимый)
Таблица 1

Таблица 1 содержит список видимых цветов r распределение, воспринимаемое людьми для ряда узких диапазонов длин волн в спектре видимого света.Связывание определенных цветов с областью длин волн позволяет различать разные тона, оттенки и оттенки. Для многих различных спектральных распределений возможно получение идентичных цветовых ощущений (явление, известное как метамеров ). Например, ощущение желтого цвета может быть вызвано светом с одной длиной волны, например 590 нм, или может быть результатом просмотра двух равных количеств света с отдельными длинами волн, например 580 и 600 нм.Также можно рассматривать желтый цвет как узкое распределение, охватывающее все длины волн от 580 до 600 нанометров. Что касается зрительной системы человека, то тот же аргумент справедлив для всех цветов видимого спектра. Однако недавние исследования показывают, что некоторые виды (особенно птицы) могут различать цвета, воспринимаемые людьми как метамеры.

Источники света накаливания

Ранние люди не имели надежного источника света в течение долгих ночей, но они могли иногда находить и собирать горящие дрова от лесных пожаров, а затем поддерживать пламя в костре в течение короткого периода времени. время.По мере развития знаний человек обнаружил, что искры, а затем и огонь, могут возникать при ударе определенных камней вместе (например, кремень и железный колчедан) или при агрессивном трении дерева о дерево. Как только эти техники были освоены, человек мог разводить огонь, когда он пожелал.

Когда горит огонь, выделяется химическая энергия в виде тепла и света. Горящее топливо, будь то трава, дерево, масло или какой-либо другой горючий материал, испускает газы, которые нагреваются огромной химической энергией, генерируемой во время сгорания, заставляя атомы в газе светиться или накаливать .Электроны в атомах газа продвигаются на более высокие уровни энергии за счет тепла, и свет высвобождается в форме фотонов, когда электроны релаксируют в свое основное состояние. Цвет пламени указывает на температуру и количество выделяемой энергии. Тускло-желтое пламя намного холоднее ярко-синего пламени, но даже самое холодное пламя все равно очень горячее (не менее 350 градусов Цельсия).

Хотя смола и тряпки использовались для изготовления первых факелов, первый практический шаг в борьбе с огнем произошел, когда была изобретена масляная лампа.Были обнаружены первые лампы возрастом более 15 000 лет (рис. 2), сделанные из камней и ракушек, которые сжигали животный жир и растительные масла. До изобретения газового освещения животный жир пользовался огромным спросом. Основным источником этого масла был жир , полученный путем варки жировых тканей, полученных от морских животных, таких как киты и тюлени. Масляные лампы в конечном итоге превратились в свечи, которые были сформированы путем заливки затвердевшего жира или пчелиного воска, как показано на рисунке 2. Ранние свечи генерировали довольно много дыма, но не так много света.В конце концов, было обнаружено, что парафиновый воск при правильном отливке с тканевым фитилем, пропитанным пропиткой, дает относительно яркое пламя без значительного количества дыма.

В 19 веке освещение на природном газе получило широкое распространение во многих крупных городах Европы, Азии и США. Ранние газовые фонари работали, создавая струю горящего газа (довольно опасная ситуация), в то время как более поздние модели были оснащены плащом или тонкой сеткой из химически обработанной ткани, которая рассеивает пламя и излучает гораздо более яркий свет.

Молния: естественный конденсатор

Изучите накопление статических электрических зарядов между грозовыми облаками и влажной землей во время грозы с помощью этого учебного пособия, которое имитирует конденсаторные разряды молний, ​​одного из природных источников света.

Ранние микроскописты полагались на свечи, масляные лампы и естественный солнечный свет для освещения относительно грубых оптических систем в своих микроскопах. Эти примитивные источники света страдали от мерцания, неравномерного освещения, бликов и часто представляли потенциальную опасность возгорания.Сегодня лампы накаливания высокой интенсивности на основе вольфрама являются основным источником света, используемым в современных микроскопах и большинстве бытовых осветительных систем.

На рисунке 3 представлены кривые спектрального распределения, демонстрирующие относительное количество энергии в зависимости от длины волны для нескольких различных источников белого света (состоящего из смеси, содержащей все или большинство цветов видимого спектра). Красная кривая представляет относительную энергию вольфрамового света во всем видимом спектре.Как видно из рисунка, энергия вольфрамового света увеличивается с увеличением длины волны. Этот эффект существенно влияет на среднюю цветовую температуру получаемого света, особенно по сравнению с естественным солнечным светом и флуоресцентным светом (ртутная лампа). Спектр, представленный желтой кривой, представляет собой распределение видимого света из спектра естественного солнечного света, взятого в полдень. В нормальных условиях солнечный свет содержит наибольшее количество энергии, но все кривые, показанные на рисунке 3, были нормализованы к спектру вольфрама, чтобы облегчить сравнение.Темно-синяя спектральная кривая характерна для ртутной дуговой лампы и демонстрирует некоторые заметные отличия от спектров вольфрама и естественного солнечного света. В спектре газоразрядной лампы присутствует несколько энергетических пиков, которые возникают в результате наложения отдельных линейчатых спектров, происходящих от паров ртути.

Спектр видимого света, создаваемый белым светоизлучающим диодом ( LED ), представлен зеленой кривой на рисунке 3. Светоизлучающие диоды по своей природе монохроматические устройства, цвет которых определяется шириной запрещенной зоны между различными используемыми полупроводниковыми материалами. в диодной конструкции.Красные, зеленые, желтые и синие диоды являются обычными и широко используются в качестве индикаторов для компьютеров и других устройств бытовой электроники, таких как радиотюнеры, телевизионные приемники, проигрыватели компакт-дисков, видеомагнитофоны и цифровые проигрыватели видеодисков. Светодиоды белого света изготавливаются из синих диодов из нитрида галлия путем покрытия полупроводниковой матрицы люминофором, который излучает широкий диапазон видимых длин волн при возбуждении светом, излучаемым синим диодом. Спектры лазеров, получаемые от диодов или газовых лазеров, обычно очень узкие, часто включают только одну или несколько определенных длин волн.Пример показан на рисунке 3 (голубая кривая) для слаботочного полупроводникового диодного лазера, который полезен для множества приложений, включая считывание штрих-кодов и отслеживание данных на оптических дисках.

Вольфрамовые источники света обычно называют лампами накаливания , потому что они излучают свет при нагревании электрической энергией. Нити современных лампочек (или ламп) обычно состоят из вольфрама, металла, который в некоторой степени эффективно излучает свет при резистивном нагреве электрическим током.Современные лампы накаливания произошли от угольных дуговых ламп, изобретенных сэром Хамфри Дэви, которые излучают свет за счет разрядной дуги, образованной между двумя угольными стержнями (или электродами накаливания), когда на электроды подается электрический потенциал. В конце концов, угольные дуговые лампы уступили место первым лампам, в которых использовались углеродные нити, заключенные в вакуумированный стеклянный колпак. Вольфрамовые нити, впервые примененные в 1910 году Уильямом Дэвидом Кулиджем, испаряются намного медленнее, чем углеродные волокна, полученные из хлопка, при нагревании в вакууме стеклянной оболочки.Нить накала действует как простой резистор и излучает значительное количество света в дополнение к теплу, выделяемому током.

Светоизлучающие диоды

Узнайте, как два разнородных легированных полупроводника можно объединить в диод и получить свет при приложении напряжения к области соединения между материалами.

Вольфрамовые лампы накаливания — это тепловые излучатели, которые излучают непрерывный спектр света, простирающийся от примерно 300 нанометров в ультрафиолетовой области до примерно 1400 нанометров в ближней инфракрасной области.Их конструкция, конструкция и работа очень просты, и большое количество этих ламп использовалось в качестве источников света накаливания. Типичные лампы состоят из герметичной стеклянной колбы (см. Рисунок 4), откачанной или заполненной инертным газом, и содержащей вольфрамовую проволочную нить накаливания, питаемую постоянным или переменным током. Лампы излучают огромное количество света и тепла, но на свет приходится только 5-10 процентов их общей выходной энергии.

Вольфрамовые лампы имеют несколько недостатков, таких как снижение интенсивности с течением времени и почернение внутренней поверхности оболочки из-за медленного осаждения испаренного вольфрама на стекле.Цветовая температура и яркость вольфрамовых ламп меняются в зависимости от приложенного напряжения, но средние значения цветовой температуры находятся в диапазоне от примерно 2200 K до 3400 K. Температура поверхности активной вольфрамовой нити очень высока, обычно в среднем составляет 2550 градусов Цельсия для стандартных 100 градусов Цельсия. -ваттная коммерческая лампочка. В некоторых случаях оболочки вольфрамовых ламп заполнены благородными газами криптоном или ксеноном (инертный газ , заполненный газом ) в качестве альтернативы созданию вакуума для защиты горячей вольфрамовой нити.Эти газы повышают эффективность ламп накаливания, поскольку они уменьшают количество испаренного вольфрама, который осаждается на внутренней части окружающего стеклянного сосуда.

Галогенные лампы, высокоэффективная версия вольфрамовой лампы накаливания, обычно содержат следы йода или брома в заполняющем газе, которые возвращают испарившийся вольфрам в нить накала гораздо более эффективно, чем лампы, изготовленные с использованием других газов. Вольфрамово-галогенные лампы, впервые разработанные General Electric в 1950-х годах для освещения кончиков сверхзвуковых реактивных крыльев, способны производить очень однородный яркий свет на протяжении всего срока службы лампы.Кроме того, галогенные лампы намного меньше и эффективнее вольфрамовых ламп сопоставимой мощности. Срок службы вольфрамово-галогенной лампы в самых идеальных условиях может достигать 10 лет.

Нити накаливания вольфрамово-галогенных ламп часто представляют собой очень компактные спиральные сборки, помещенные в оболочку из боросиликатно-галогенидного стекла (часто называемого плавленым кварцем ). Высокие рабочие температуры ограничивают использование вольфрамово-галогенных ламп только хорошо вентилируемыми лампами с веерообразными радиаторами для устранения огромного количества тепла, выделяемого этими лампами.Многие бытовые лампы оборудованы для работы с вольфрамово-галогенными лампами мощностью 300-500 Вт и излучают значительное количество света, который заполняет комнату намного лучше, чем их вольфрамовые аналоги с более слабым излучением. В сочетании с волоконно-оптическими световодами и абсорбционными или дихроматическими фильтрами вольфрамово-галогенные лампы обеспечивают освещение высокой интенсивности для широкого спектра применений в оптической микроскопии, но, как главный недостаток, выделяют значительное количество инфракрасного света в виде лучистого тепла, которое может легко разрушить образец.

Флуоресцентные источники света

Существует большое количество источников видимого света без накаливания, которые используются для внутреннего и наружного освещения, помимо важных приложений в оптической микроскопии. Большинство этих источников света основаны на электрическом разряде через газ, такой как ртуть, или благородные газы неон, аргон и ксенон. Генерация видимого света в газоразрядных лампах основана на столкновениях между атомами и ионами в газе с электрическим током, который проходит между парой электродов, размещенных на концах оболочки колбы.

Стеклянная трубка обычной люминесцентной лампы покрыта люминофором на внутренней поверхности стекла, а трубка заполнена парами ртути под очень низким давлением (см. Рисунок 5). Электрический ток подается между электродами на концах трубки, создавая поток электронов, который течет от одного электрода к другому. Когда электроны из потока сталкиваются с атомами ртути, они переводят электроны внутри атомов в более высокое энергетическое состояние. Эта энергия высвобождается в виде ультрафиолетового излучения, когда электроны в атомах ртути возвращаются в основное состояние.Ультрафиолетовое излучение впоследствии возбуждает внутреннее люминофорное покрытие, заставляя его излучать яркий белый свет, который мы наблюдаем от люминесцентных ламп. Люминесцентные лампы примерно в два-четыре раза эффективнее излучают видимый свет, производят меньше отходящего тепла и обычно служат в десять-двадцать раз дольше, чем лампы накаливания.

Уникальной особенностью флуоресцентных источников света является то, что они генерируют серию длин волн, которые часто концентрируются в узких полосах, называемых линейчатыми спектрами .Как следствие, эти источники не создают непрерывного спектра освещения, характерного для источников накаливания. Хорошим примером (почти исключительно) одночастотного источника видимого света без накаливания являются натриевые лампы, обычно используемые в уличном освещении. Эти лампы излучают очень интенсивный желтый свет, при этом более 95 процентов излучения состоит из 589-нанометрового света, и практически никакие другие длины волн не присутствуют на выходе. Можно разработать газоразрядные лампы, которые будут излучать почти непрерывный спектр в дополнение к линейчатым спектрам, присущим большинству этих ламп.Наиболее распространенный метод — покрытие внутренней поверхности трубки частицами люминофора, которые будут поглощать излучение, испускаемое светящимся газом, и преобразовывать его в широкий спектр видимого света от синего до красного.

В нормальных условиях большинство людей не в состоянии различить разницу между линейчатым спектром и спектром непрерывных длин волн. Однако некоторые объекты отражают необычные цвета в свете прерывистого источника, особенно при флуоресцентном освещении.Вот почему одежда или другие ярко окрашенные предметы, приобретенные в магазине, освещенные флуоресцентным светом, часто имеют немного другой цвет при естественном солнечном свете или постоянном вольфрамовом освещении.

Цветовая температура

Узнайте, как медленно нагревание виртуального излучателя черного тела смещает цветовой спектр света, излучаемого излучателем, с более длинных на более короткие средние длины волн при повышении температуры.

В стереомикроскопии отраженного света, особенно при исследовании термочувствительных образцов, люминесцентные лампы предпочтительнее вольфрамовых ламп из-за их высокой эффективности и низкого тепловыделения.Современные люминесцентные лампы могут быть сконфигурированы для линейных ламповых или кольцевых осветителей, чтобы обеспечить микроскописта интенсивным рассеянным светом. Этот источник искусственного белого света не уступает солнечному свету (без сопутствующего тепла) по цветовой температуре и устраняет характеристики мерцания, типичные для люминесцентных ламп потребительского уровня. По сравнению с вольфрамовыми, вольфрамово-галогенными или дуговыми лампами осветители микроскопов с люминесцентными лампами могут обеспечить относительно длительные периоды (примерно 7000 часов) высококачественного обслуживания.В качестве источника рассеянного света люминесцентные лампы создают равномерно освещенное поле зрения без раздражающих горячих точек или бликов. Более новая технология освещения с холодным катодом является многообещающей в качестве специализированного источника света в оптической микроскопии, особенно для короткоживущих событий, усиленных возбуждением флуоресценции, и для приложений, где избыточное тепло или время нагрева в источнике света может мешать образцу или наблюдаемое событие.

Специализированный метод фотографирования движущихся образцов, особенно полезный при освещении темнопольной микроскопии, был разработан с использованием электронных систем фотовспышки.Электронные вспышки работают за счет ионизации в заполненной ксеноновым газом стеклянной оболочке, приводимой в действие разрядом большого конденсатора. Короткоживущий высоковольтный импульс от трансформатора вызывает ионизацию газообразного ксенона, позволяя конденсатору разряжаться через проводящий теперь газ. Излучается внезапная вспышка яркого света, после чего газообразный ксенон быстро возвращается в непроводящее состояние, и конденсатор перезаряжается. Фотовспышки обеспечивают мгновенную вспышку освещенности 5500 K, что позволяет уловить значительное количество деталей объекта для получения впечатляющих результатов в фотографии, цифровой обработке изображений и микрофотографии.

Дуговые газоразрядные лампы, наполненные газами, такими как пары ртути и ксенон, являются предпочтительными источниками освещения для некоторых специализированных форм флуоресцентной микроскопии. Типичная дуговая лампа в 10-100 раз ярче, чем аналоги на основе вольфрама, и может обеспечить яркое монохроматическое освещение в сочетании со специально покрытым дихроматическим интерференционным фильтром . В отличие от вольфрамовых и вольфрамово-галогенных ламп, дуговые лампы не содержат нити накала, а, скорее, зависят от ионизации газообразного пара с помощью дугового разряда высокой энергии между двумя электродами для получения интенсивного света.Обычно дуговые лампы имеют средний срок службы около 100-200 часов, и большинство внешних источников питания оснащены таймером, который позволяет микроскописту отслеживать, сколько времени прошло. Ртутные дуговые лампы (часто называемые горелками ; см. Ртутные и ксеноновые лампы, показанные на рисунке 6) имеют мощность от 50 до 200 Вт и обычно состоят из двух электродов, герметизированных под высоким давлением паров ртути в корпусе из кварцевого стекла.

Ртутные и ксеноновые дуговые лампы не обеспечивают равномерной освещенности во всем спектре длин волн от ближнего ультрафиолета до инфракрасного.Большая часть интенсивности ртутной дуговой лампы расходуется в ближнем ультрафиолетовом и синем спектре, при этом большинство пиков высокой интенсивности приходится на диапазон 300-450 нанометров, за исключением нескольких пиков с более высокой длиной волны в зеленой области спектра. . Напротив, ксеноновые дуговые лампы имеют более широкий и более равномерный выход по интенсивности в видимом спектре и не демонстрируют пиков очень высокой спектральной интенсивности, характерных для ртутных ламп. Однако ксеноновым лампам не хватает ультрафиолета, и они расходуют большую часть своей интенсивности в инфракрасном диапазоне, что требует осторожности при контроле и устранении избыточного тепла при использовании этих ламп.

Эра использования светодиодов в качестве практического источника освещения наступила в двадцать первом веке, и диод является идеальным дополнением к объединению полупроводниковой технологии и оптической микроскопии. Относительно низкое энергопотребление (от 1 до 3 вольт при 10 до 100 миллиампер) и длительный срок службы светодиодов делают эти устройства идеальными источниками света, когда требуются уровни белого света от низкой до средней. Микроскопы, подключенные к компьютерам, подключенным через порт универсальной последовательной шины ( USB ) или работающие от батарей, могут использовать светодиод в качестве небольшого, низкотемпературного, маломощного и недорогого внутреннего источника света для визуального наблюдения и цифрового захват изображения.В некоторых учебных и исследовательских микроскопах начального уровня в настоящее время используется внутренний высокоинтенсивный белый светоизлучающий диод, который служит основным источником света.

Хотя характеристики проецирования света эпоксидной оболочкой все еще исследуются, светоизлучающие диоды в настоящее время тестируются и продаются для широкого спектра применений, таких как светофоры, знаки, фонарики и внешние кольцевые осветители для микроскопии. Свет, излучаемый белыми светодиодами, имеет спектр цветовой температуры, аналогичный спектру ртутной лампы, которая относится к категории освещения дневного света .Изучая спектр излучения белого светодиода, представленный на рисунке 3, пик пропускания при 460 нм обусловлен синим светом, излучаемым полупроводниковым диодом из нитрида галлия, в то время как широкий диапазон высокого пропускания, расположенный между 550 и 650 нм, является результатом вторичного света, излучаемого люминофорное покрытие внутри полимерной оболочки. Комбинация длин волн дает «белый» свет с относительно высокой цветовой температурой, который является подходящим диапазоном длин волн для визуализации и наблюдения в оптической микроскопии.

Источники лазерного света

Еще одним источником видимого света, который становится все более важным в нашей повседневной жизни, является лазерное освещение. Аббревиатура LASER является аббревиатурой от L ight A , усиленного миссией S timulated E от R . Одной из уникальных особенностей лазеров является то, что они излучают непрерывный луч света, состоящий из одной дискретной длины волны (или иногда нескольких длин волн), который выходит из устройства в одной выровненной фазе, обычно называемой когерентным светом .Длина волны света, излучаемого лазером, зависит от материала, из которого состоит лазерный кристалл, диод или газ. Лазеры производятся самых разных форм и размеров, от крошечных диодных лазеров, достаточно маленьких, чтобы пройти сквозь игольное ушко, до огромных военных и исследовательских инструментов, заполняющих все здание.

Лазеры используются в качестве источников света в ряде приложений, от считывателей компакт-дисков до измерительных инструментов и хирургических инструментов. Знакомый красный свет гелий-неонового лазера (часто сокращенно He-Ne ) сканирует покупки потребителей с помощью оптических штрих-кодов, но также играет важную роль во многих системах лазерной сканирующей конфокальной микроскопии.Применение лазеров в оптической микроскопии также приобретает все большее значение как в качестве единственного источника света, так и в сочетании с флуоресцентными и / или лампами накаливания. Несмотря на относительно высокую стоимость, лазеры находят особенно широкое применение во флуоресценции, монохроматическом светлом поле и в быстрорастущих областях конфокального лазерного сканирования, полного внутреннего отражения, резонансного переноса энергии флуоресценции и многофотонной микроскопии.

Газовые аргоно-ионные лазеры

Узнайте, как газоразрядная трубка аргон-ионного лазера работает с ионизированным газом, генерируя непрерывную волну световой энергии через выходное зеркало.В учебном пособии показано медленное накопление световой энергии внутри трубки до установления устойчивого состояния лазерного разряда.

Лазеры на ионах аргона (рис. 8) производят мощное спектральное излучение на 488 и 514 нм, тогда как газовые лазеры на криптоне демонстрируют большие пики на длинах волн 647,1 и 752,5 нм. Оба этих лазера часто используются в качестве источников возбуждения в лазерной сканирующей конфокальной микроскопии. Импульсные лазеры с синхронизацией мод на легированном титаном сапфировом кристалле используются в качестве источников для многофотонного возбуждения из-за их высокой пиковой интенсивности, но они также обладают низкой средней мощностью и короткими рабочими циклами.В качестве предпочтительных источников света для многофотонной микроскопии импульсные лазеры значительно дороже и сложнее в эксплуатации, чем небольшие лазеры с воздушным охлаждением, используемые в конфокальной микроскопии.

В новой лазерной технологии используются лазерные диоды на основе полупроводников и отдельные лазеры на кристалле, которые уменьшают размер и требования к мощности для источников света. Лазерные диоды, такие как неодим: фторид иттрия-лития (Nd: YLF) и неодим: ванадат иттрия (Nd: YVO (4)), обычно намного быстрее реагируют, чем светодиоды, но также относительно малы и потребляют мало энергии.К недостаткам использования лазеров в микроскопии относятся дополнительные затраты на источник света, риск дорогостоящего повреждения оптики, повышенные затраты, связанные с покрытием линз и зеркал, разрушение образцов и возможное повреждение сетчатки глаза микроскописта, если не соблюдаются безопасные методы обращения и работы. .

Из этого обсуждения становится очевидным, что, хотя существует большое количество доступных источников освещения, в повседневной жизни мы обычно полагаемся только на некоторые из них.В дневное время солнце служит нашим основным источником освещения на открытом воздухе, в то время как мы обычно полагаемся на флуоресцентное и вольфрамовое освещение в помещении и в вечерние часы. Как обсуждалось выше, все эти три основных источника освещения имеют разные свойства и спектральные характеристики, но их максимальная интенсивность попадает в диапазон видимого света. Человеческий мозг автоматически приспосабливается к различным источникам света, и мы интерпретируем цвета большинства объектов вокруг нас как почти не меняющиеся, когда они рассматриваются в различных условиях освещения.

Соавторы

Кеннет Р. Спринг — научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Майкл У. Дэвидсон — Национальная лаборатория сильного магнитного поля, 1800 г. Ист. , Florida, 32310.

7.2: Источники излучения — химия LibreTexts

В настольных приборах для молекулярной спектроскопии в УФ и видимом диапазоне используются четыре основных оптических источника. Этими источниками являются (1) вольфрамовая или вольфрамово-галогенная лампа, (2) дейтериевая лампа, (3) ксеноновая дуговая лампа.Все эти источники являются широкополосными источниками, которые излучают свет значительной интенсивности в широком диапазоне длин волн. В конце этого раздела будут описаны светоизлучающие диоды и лазеры в связи с их использованием в оптической спектроскопии и в качестве примеров источников с дискретной длиной волны.

Вольфрамовая лампа

Вольфрамовая лампа или вольфрамово-галогенная лампа — это излучатель черного тела, излучающий полезное излучение в диапазоне от 320 до 2400 нм. Изображение вольфрамовой лампы показано на рисунке 7.2.1, а пример спектрального излучения этой лампы показан на рисунке 7.2.2. Лампа состоит из вольфрамовой нити в вакуумированном стеклянном или кварцевом корпусе, который содержит небольшое количество паров йода для увеличения срока службы нити. Свет от вольфрамовой лампы беспорядочно поляризован и некогерентен. Этот недорогой оптический источник является наиболее распространенным источником для абсорбционной спектроскопии в видимой области спектра.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Изображение (мертвого) галогена вольфрама от спектрофотометра Spec20.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): спектр излучения вольфрамовой галогенной лампы.

Дейтериевая лампа

Дейтериевая лампа — это газоразрядная лампа высокого давления, излучающая полезное излучение в диапазоне от 160 до 380 нм. Изображение дейтериевой лампы показано на рис. 7.2.3, а спектральный выход этой лампы показан на рис. 7.2.4. Свет дейтериевой лампы случайно поляризован и некогерентен. Этот оптический источник значительно дороже и имеет меньший срок службы, чем вольфрамовая лампа, но является наиболее распространенным источником для абсорбционной спектроскопии в УФ-области спектра.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): На снимке изображена (мертвая) дейтериевая лампа из детектора поглощения Varian для жидкостной хроматографии.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): выходной спектр дейтериевой лампы с УФ-стеклянной или кварцевой оболочкой.

Ксеноновая дуговая лампа

Ксеноновая дуговая лампа — газоразрядная лампа, излучающая полезное излучение в диапазоне от 190 до 1100 нм. Свет ксеноновой лампы беспорядочно поляризован и некогерентен.На рис. 7.2.5 изображена ксеноновая лампа мерцания, используемая в абсорбционных спектрометрах Cary 50 и Cary 60, продаваемых компанией Agilent Corp. На рис. 7.2.6 показана ксеноновая дуговая лампа высокого давления, которая обычно используется в приборах для флуоресцентной спектроскопии и на рисунке 7.2.7 показан выходной спектр ксеноновой лампы мощностью 150 Вт с характеристическим пиком при 467 нм. В целом, когда давление ксенона внутри лампы увеличивается, интенсивность широкого фона увеличивается, а дискретные атомные линии становятся менее заметными.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Ксеноновая лампа мерцания.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Ксеноновая дуговая лампа высокой мощности.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Выходной спектр ксеноновой дуговой лампы высокого давления мощностью 150 Вт.

Лазеры

Лазеры являются надежными и коммерчески доступными источниками света с начала 1970-х годов. Слово лазер означает усиление света за счет стимулированного излучения. Как показано на рисунке 7.2.8 лазер состоит из лазерной среды, содержащейся в резонансной полости за счет высокого отражателя (100% отражатель) и выходного ответвителя, из которого выходит лазерный свет. В лазерную среду необходимо закачивать энергию, которая может исходить от тока, разряда или лампы-вспышки.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Базовая конструкция лазера.

Как показано на рисунке 7.2.9 для случая лазера Nd 3 + , энергия, накачиваемая в систему, поглощается, и энергия быстро передается между возбужденными ионами Nd 3 + , размещая их. в верхнем лазерном электронном состоянии, 4 F 3/2 .Резонансный резонатор настроен на расстояние туда и обратно, равное целому числу длин волн излучаемого света, соответствующих разности энергий между верхним и нижним состояниями генерации. Из-за условий резонанса процесс излучения стимулируется, и излучаемый свет является одновременно очень монохроматическим и когерентным. Часто, но не для всех лазеров, излучаемый свет линейно поляризован.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Диаграмма уровней энергии для Nd 3 + : Yag-лазера.

Список лазеров, обычно используемых в химических лабораториях, и некоторые их характеристики приведены в таблице ниже:

Лазер Длина волны (с) Импульсный из CW общего пользования
Гелий Неон (HeNe) 632 нм CW Юстировка, тепловизионная линза
Ион криптона 406.7 нм, 413,1 нм, 415,4 нм, 468,0 нм, 476,2 нм, 482,5 нм, 520,8 нм, 530,9 нм, 568,2 нм, 647,1 нм и 676,4 нм CW Эмиссионная спектроскопия
Ион аргона 351,1 нм, 363,8 нм, 454,6 нм, 457,9 нм, 465,8 нм, 476,5 нм, 488,0 нм, 496,5 нм, 501,7 нм, 514,5 нм, 528,7 нм и 1092,3 нм CW Эмиссионная спектроскопия
Неодин: YAG 1064 нм (также 532 нм, 355 нм, 266 нм) Импульсный (10 нс) Эмиссионная спектроскопия, фотоионизация, MALDI
Азот 337 нм Импульсный (4 нс) МАЛЬДИ
Титан: Saphire 700-900 нм Импульсный (100 фс) динамический

Лазеры — это источники с дискретной длиной волны, и хотя они могут излучать свет с несколькими длинами волн, они, как правило, не являются настраиваемыми источниками света.В сочетании с лазером на красителях или оптическим параметрическим генератором свет можно настраивать в узком диапазоне длин волн, особенно относительно широкополосного источника света черного тела. Несмотря на отсутствие настраиваемости, лазеры широко используются в качестве источников для эмиссионной спектроскопии, а из-за очень высокой пиковой мощности импульсные лазеры используются для фотоионизации и источников лазерной десорбции с матричной поддержкой (MALDI) в масс-спектрометрии.

Светодиоды (LED)

Использование небольших, недорогих и прочных светоизлучающих диодов (СИД) значительно расширилось за последние несколько лет, далеко за пределами красных светодиодов, которые обычно можно увидеть на панелях дисплея.Теперь доступны с длинами волн излучения в диапазоне от УФ (365 нм) до видимого и ближнего инфракрасного (990 нм). Отдельные светодиоды или группы светодиодов могут использоваться в качестве источников света как для эмиссионной, так и для абсорбционной спектроскопии.

Как показано на рисунке 7.2.10, свет излучается светодиодом с прямым смещением, когда дырки в полупроводниковом материале p-типа и носители в соседнем полупроводнике n-типа рекомбинируют и выделяют энергию в количестве, равном ширине запрещенной зоны. Типичная ширина полосы излучаемого света составляет порядка 25 нм, а свет является некогерентным и поляризованным случайным образом.

Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Светоизлучающий диод, показанный на (a) с использованием символа диода, (b) с носителями и отверстиями в полупроводниковых материалах типа n и p . объединяя, в (c) описание полосы для светодиода.

Светодиоды

с широким спектром длин волн находят применение в качестве источников для эмиссионной спектроскопии, особенно в небольших портативных приборах и флуоресцентных микроскопах.

Для абсорбционной спектроскопии, особенно в небольших портативных приборах, таких как спектрометр Red Tide от Ocean Optics или спектрометр SpectroVis от Vernier, необходим светодиод белого света.В светодиодах белого света излучение светодиода с синим светом на длине волны 450 нм используется для возбуждения люминофора YAG, легированного Ce 3 + , излучающего желтый свет в диапазоне от 500 до 700 нм. Комбинация синего возбуждающего света и желтой фосфоресценции, показанная на рисунке 7.2.11, дает «белый» свет, охватывающий диапазон 425–700 нм. Подобные светодиодные фонари доступны сегодня в качестве низкоэнергетических и долговечных заменителей ламп накаливания и люминесцентных ламп в вашем доме.

Рисунок \ (\ PageIndex {} \): Спектр, излучаемый белым светодиодом.

Лампа накаливания

— обзор

VII.D Ограничения материалов, влияющие на рабочие характеристики

В отличие от ламп накаливания, в лампах HID нет единого механизма, который определяет срок службы лампы, и срок службы не обратно пропорционален эффективности. Более того, срок службы СПРЯТАННЫХ ламп невероятно долгий; большинство ртутных и HPS-типов имеют расчетный срок службы 24 000 часов, тогда как лампы M-H имеют расчетный срок службы от 6 000 до 20 000 часов. Поскольку типичные часы работы при обслуживании на открытом воздухе от заката до рассвета или при двухсменном коммерческом обслуживании в помещении составляют 4000 часов в год, эти показатели представляют собой срок службы до 6 лет.Тем не менее, выбор конструкции, ведущий к более высокой эффективности, ограничен материальными ограничениями, что приводит к сокращению срока службы. Электроды ртутной лампы и лампы HPS покрыты активатором электронной эмиссии, который со временем испаряется, что приводит к невозможности воспламенения или повторного воспламенения в каждом полупериоде. Все типы HID-ламп подвержены чрезмерному почернению дуговых трубок из-за испарений или разбрызгивания материала с электродов. В лампах HPS почернение стенок возле электродов может привести к повышению температуры амальгамы, а последующее повышение давления газа вызывает повышение напряжения.Это может привести к «зацикливанию» ближе к концу срока службы лампы, при котором напряжение на лампе возрастает до значения, которое не может больше выдерживать балласт, и лампа гаснет. Затем лампа охлаждается до температуры, при которой импульс воспламенителя достаточен для перезапуска лампы, и процесс повторяется, что приводит к непрерывному циклу переключения, который повторяется каждые несколько минут. Эту проблему можно решить, уменьшив дозу амальгамы до такой степени, чтобы вся ртуть и натрий находились в паровой фазе при нормальной работе лампы.Этот принцип привел к разработке так называемых ламп HPS с «ненасыщенным паром». Для этих ламп критически важна минимизация потерь натрия из-за химических реакций с компонентами дуговых трубок, поскольку нет запаса натрия, который можно было бы заменить.

Потери натрия могут происходить в результате электролитического процесса на стенке дуговой трубки в лампах M-H. В процессе работы всегда есть несколько частей на миллион ионов натрия, растворенных в кварце в контакте с иодидом натрия, в результате достижения термохимического равновесия в обратимой реакции между кварцем и иодидом.Это количество не вредно для кварца и не означает значительного снижения содержания натрия по сравнению с введенной начальной дозой. Однако ионы натрия в кварце подвижны, и отрицательная зарядка внешней поверхности кварцевой дуговой трубки фотоэлектронами, испускаемыми из различных частей внешней оболочки, будет притягивать ионы натрия к внешней поверхности, чтобы они нейтрализовались и испарялись. Истощение ионной концентрации на внутренней поверхности затем позволяет протекать прямой реакции с получением большего количества ионов натрия, которые, в свою очередь, подвергаются электролизу, пока в конечном итоге не будет потеряна очень значительная часть исходной дозы натрия.Для решения этой проблемы используются конструкции внешней оболочки, обеспечивающие минимальное количество поверхностей, излучающих фотоэлектрическое излучение, или поверхности с положительным смещением (например, кожух).

Химические реакции между кварцем и металлами и иодидами металлов могут привести к образованию стабильных оксидов металлов на стенках и высвобождению металлического кремния. Потеря металла в результате этого процесса снижает парциальное давление паров металла и в конечном итоге изменяет выходную мощность излучения лампы. Металлический кремний реагирует с йодом с образованием летучего тетраиодида кремния, который разлагается при температуре электрода и откладывает расплавленный кремний на электроде, резко искажая его форму и ухудшая его характеристики.Это становится одним из процессов, ограничивающих срок службы ламп M-H, поскольку отрицательно влияет на процесс повторного зажигания каждые полупериод, до такой степени, что балласт больше не может повторно зажигать лампу. Эффективность HID-ламп увеличивается по мере увеличения входной мощности на единицу длины, во-первых, из-за уменьшения доли мощности, теряемой на теплопроводность, а во-вторых, из-за повышения температуры дуговых трубок, что приводит к более высокому давлению паров излучающих частиц. Однако повышение температуры дуговых трубок приводит к сокращению срока службы лампы из-за увеличения химических реакций с материалом дуговых трубок, а в случае кварца — к изменению кристаллической структуры (де-стеклование).Эти ограничения обычно воплощаются в форме практических правил проектирования, касающихся допустимой нагрузки на стенки (подводимая мощность дуги на единицу площади внутренней поверхности стенки дугового трубопровода). Приемлемый срок службы ртутных ламп достигается при нагрузке на стену 10–12 Вт / см 2 , а кварцевые лампы M-H для общего освещения обычно имеют мощность 13–22 Вт / см 2 . Устойчивость PCA при более высоких температурах позволяет керамическим лампам M-H работать с мощностью ∼40 Вт / см 2 , а HPS может использовать конструкции с мощностью 15–20 Вт / см 2 .Для некоторых применений, таких как автомобильные фары и проекционные лампы, приемлем более короткий срок службы и может использоваться более высокая нагрузка на стены.

Уплотнения из молибденовой фольги в ртутных лампах и лампах M-H имеют достаточный срок службы при гораздо более высоких температурах, чем в лампах T-H, поскольку они защищены от окисления вакуумом или инертной атмосферой во внешней оболочке. Электрический ввод в лампах HPS включает металлический элемент ниобий (также известный как колумбий), выбранный для соответствия расширению в PCA и герметизированный смесью поликристаллических оксидов, плавкой без плавления ниобия или PCA.Ниобий защищен от окисления вакуумом во внешней рубашке. В лампах HPS максимальная температура уплотнения определяется стойкостью герметика к воздействию натрия, тем самым ограничивая температуру холодного пятна и, следовательно, максимальное давление паров натрия в дуговой трубке.

Другие источники света | Урок

.

Фотографы часто ссылаются на то, что называется цветовой температурой; Цветовая температура что-то говорит о спектре света, на который они смотрят, с точки зрения эквивалентного излучателя черного тела.Таким образом, спектр, связанный с этим красным закатом, эквивалентен излучателю черного тела с температурой примерно от 2000 до 3000 градусов кельвина. Это очень красноватый свет. Вольфрамовый свет эквивалентен цветовой температуре около 3000 кельвинов. Спектр солнечного света в полдень эквивалентен излучателю черного тела с температурой от 5000 до 5400 кельвинов. Фотограф сказал бы, что солнечный свет более синий, чем вольфрамовый свет, или мы можем сказать, что вольфрамовый свет более красный, чем полуденное солнце.

В случае пасмурного дня цветовая температура фактически даже выше, точка в мире больше не освещается белым светом солнца, она освещается голубым светом с неба и этим превышением количество синего в свете эквивалентно гораздо более горячему радиатору черного тела.Таким образом, фотограф называл бы это цветовой температурой в диапазоне от 8000 до 10 000 кельвинов.

Наше Солнце — очень горячий объект в космосе и функционирует как излучатель черного тела, но к тому времени, когда солнечный свет достигает уровня земли, спектр резко меняется, и это происходит из-за ряда химических веществ в атмосфера — у нас есть озон, кислород, вода, углекислый газ и так далее — и каждый из них удаляет часть излучения, исходящего от солнца.

Итак, когда свет достигает земли, спектр немного отличается от идеального излучателя черного тела.Пик спектра света к тому моменту, когда он достигает земли, составляет около 550 нанометров… это немного зеленого цвета и, что неудивительно, это цвет, к которому наши глаза наиболее чувствительны.

Большая часть энергии, исходящей от излучателя черного тела, излучается в тех частях спектра, которые мы не можем видеть в этих более длинных волнах, и это одна из причин того, что эти вольфрамовые лампочки постепенно отказываются от использования.

Они преобразуют часть электрической энергии в свет, который мы можем видеть, но они преобразуют очень много ее в тепло, которое не помогает нам видеть.Они не особо эффективны.

Таким образом, на этих более длинных волнах излучается много энергии, поэтому, если мы посмотрим на этот спектр здесь, мы увидим, что видимая часть спектра, эта область между 400 и 700 нанометрами, на самом деле является очень небольшой частью общий электромагнитный спектр.

Нашими глазами мы можем ощущать электромагнитное излучение в этой очень узкой части общего спектра.

Хотя мы не видим инфракрасное излучение, мы все же можем ощущать его, и мы можем ощущать его как тепло, как тепло на нашей коже.Инфракрасное излучение было обнаружено Уильямом Гершелем, английским астрономом немецкого происхождения еще в 1700-х годах. Он построил огромный телескоп и открыл множество звезд и планет.

И однажды он взял свет от своего телескопа, пропустил его через призму на стол и поместил на стол термометр в разные части спектра. Он пытался измерить температуру синего, желтого, фиолетового и красного.

И что его удивило, так это то, что когда он поместил термометр в область стола, где он не мог видеть никакого света, термометр все еще регистрировал высокую температуру, поэтому было излучение, которое нагревало термометр, но он не мог видеть это, поэтому он открыл инфракрасное излучение.Он называл их тепловыми лучами.

Я уже упоминал, что мы можем воспринимать инфракрасное излучение как тепло. Существуют устройства, называемые тепловизионными камерами, и они очень чувствительны к инфракрасному излучению в так называемом тепловом или длинном инфракрасном диапазоне между 9 и 14 микрометрами. То есть от 9000 до 14 000 нанометров, единиц, которые мы использовали ранее.

И в этой части спектра люди излучают энергию, и поэтому вы можете видеть, что людям здесь тепло на более холодном фоне.Это наша естественная температура тела, 37 градусов по Цельсию, это означает, что мы сами являемся излучателями черного тела и излучаем небольшое, но небольшое количество инфракрасной энергии, и тепловизионная камера может это уловить. Тепловизионные камеры часто используются для диагностики потерь тепла из зданий; снаружи здания должно быть прохладно, но если есть горячие точки, это обычно указывает на утечку тепла изнутри здания во внешний мир.

Огненный жук чрезвычайно чувствителен к инфракрасному излучению.Он любит откладывать яйца на обгоревшие деревья, поэтому он охотится на лесные пожары и для этого использует специальные инфракрасные сенсорные органы, встроенные в его грудную клетку.

Существует также большое количество не-черного тела освещенности: светоизлучающие диоды, например, имеют спектральную характеристику, подобную этой, совершенно иную по форме, чем спектр излучения черного тела, поэтому здесь мы можем видеть излучение синего светодиода, зеленый светодиод и красный светодиод.

Мы видим, что энергия сосредоточена в довольно узкой спектральной полосе.Например, нет потерь излучения в инфракрасной части спектра.

Компактная люминесцентная лампа имеет очень сложный спектр: свет представляет собой смесь света, излучаемого большим количеством различных люминофоров, причем белый слой внутри спиральной трубки возбуждается газовым разрядом. Таким образом, каждый люминофор излучает свет с разной длиной волны. Общее сочетание этих длин волн кажется нашему глазу белым. Другой источник света, не являющийся черным, — это лазер; лазер, возможно, чем-то похож на светоизлучающий диод, который мы рассматривали недавно, за исключением того, что спектр очень узкий.Наконец, это зеркальное излучение, связанное с красным, зеленым и синим люминофором в старой электронно-лучевой трубке, и это показывает спектр излучения синего люминофора, здесь эта кривая; зеленый люминофор, вот эта кривая; и красный люминофор, который содержит большое количество довольно узкополосных излучений, но вместе они кажутся человеческому глазу красными.

Как я уже упоминал, свет, который достигает поверхности планеты, частично поглощается различными молекулами в атмосфере планеты.В частности, вода является очень сильным поглотителем света. Этот график показывает степень поглощения света как функцию длины волны, и мы можем видеть, что есть область спектра, где поглощение света минимально. Если мы посмотрим только на видимую полосу, а затем отметим синий и красный, мы увидим, что красный свет поглощается больше, чем синий, и это объясняет, почему, когда вы находитесь под водой и чем дальше вы идете под водой, свет становится намного больше. синего оттенка — вы, как правило, теряете такие цвета, как красный и зеленый, они имеют тенденцию исчезать, и все становится синим, потому что только синий свет может проникать через большой столб воды.

Итак, подведем итоги: у нас есть свет, который исходит от источника света, и он создает освещенность сцены, и мы можем описать этот свет в терминах его спектра, поэтому мы используем символ E для представления яркости, и это функция от длины волны. , и мы рассмотрели различные виды освещения, мы рассмотрели излучатели черного тела, светоизлучающие диоды, компактные люминесцентные лампы и лазеры, каждый из которых имеет разные спектральные характеристики.

Расчет спектра излучения от обычных источников света

Мне очень нравится моя система освещения Philips Hue, которую я купил более года назад.Система позволяет с помощью смартфона установить миллионы различных цветов и тысячи уровней яркости для 18 лампочек. Вы также можете запрограммировать автоматическое включение системы при приближении к дому, известное как геозона, или в определенное время дня. Но как качество света по сравнению с другими технологиями освещения?

Интуитивно понятная система домашнего освещения

Система Philips Hue работает, изменяя количество излучаемого синего, зеленого и красного света, которое вы можете установить прямо со своего смартфона.Если вы чувствительны к определенному цвету света, вы можете просто избегать его. Вы можете настроить освещение в зависимости от вашего настроения, чтобы сосредоточиться, зарядиться энергией, прочитать или расслабиться. Например, есть режим «Концентрация», который предпочтительно выделяет больше синего света, что, как было показано, улучшает способность концентрироваться. Отдыхая по вечерам, я использую режим «Закат», который дает больше красных и оранжевых оттенков.

Побывав с этой системой какое-то время, я также обнаружил некоторые долгосрочные преимущества:

  • Я засыпаю ночью легче, чем когда у меня были старые люминесцентные лампы.
  • С момента обновления системы мой счет за электроэнергию снизился примерно на 21 доллар в месяц. Это связано с тем, что светоизлучающая лампа (LED) мощностью 12 Вт может давать такой же оптический выход, как лампа накаливания мощностью 60 Вт.

Сравнение некоторых настроек системы освещения в моей квартире. Слева: мягкий белый. В центре: красный. Справа: синий дождь.

Я пытался убедить своих родителей купить систему, но мой коммерческий аргумент не повлиял на них. Я недавно купил им систему в качестве рождественского подарка, так как я такой хороший сын.Первый комментарий, который я услышал при демонстрации системы, был: «Ого, свет такой естественный». Это побудило меня выяснить, почему это так, и можно ли использовать программное обеспечение COMSOL Multiphysics® для исследования лежащих в основе физики. Ответ кроется в спектре излучения высокоэффективных светодиодных ламп. Сравнивая спектр излучения естественного света со спектром излучения ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп, мы можем лучше понять это явление.

Построение спектров излучения в COMSOL Multiphysics

Спектры излучения естественного дневного света, а также ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп представлены ниже.Как вы увидите, спектры излучения очень разные, и ни один из них не может идеально воспроизводить естественный дневной свет.

Естественный дневной свет

Начнем с дневного света, приходящего на поверхность земли от солнца. В настоящее время нет возможности воспроизвести спектр излучения искусственным источником света. Однако световые трубки (или световые трубки) могут использоваться для перенаправления поступающего дневного света в подземные места, например станции метро. Один из примеров — подземный вокзал в Берлине.Световая труба проходит над станцией (показано ниже, на левом изображении) и собирает свет, который передается через специальную трубу вниз в подземную станцию ​​(показано ниже, справа).

Слева: световая трубка у входа на вокзал в Берлине. Изображение Даббелю — Собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 3.0 через Wikimedia Commons. Справа: световая трубка передает свет в подземный терминал. Изображение Тилля Креча — Flickr. Лицензия CC BY 2.0 через Wikimedia Commons.

Световод создает более естественное освещение вокзала в дневное время. Очевидным недостатком этого подхода является то, что он не работает ночью, что создает необходимость в искусственном освещении, имитирующем естественный дневной свет.

Спектр излучения естественного света обычно соответствует распределению Планка в видимой части спектра, как мы можем видеть ниже. Ни один цвет не имеет существенного преимущества перед другим, хотя интенсивность наиболее высока в голубой области, около 460 нм.


Спектр излучения видимого света, приходящего на поверхность Земли от Солнца.

Лампы накаливания

Лампа накаливания содержит вольфрамовую нить, которая резистивно нагревается, когда через нее проходит ток. При температуре около 2000 К нить накала начинает излучать видимый свет. Чтобы вольфрамовая проволока не загорелась, колбу наполняют газом, обычно аргоном. Тепло, выделяемое в нити накала, переносится в окружающую среду посредством излучения, конвекции и теплопроводности.Лампа накаливания излучает больше красного света, чем естественный дневной свет. Излучение распространяется даже в инфракрасную часть электромагнитного спектра, что тратит впустую энергию и снижает общую эффективность лампы.


Спектр излучения в видимом диапазоне типичной лампы накаливания.

Люминесцентные лампы

Люминесцентная лампа обычно состоит из длинной стеклянной трубки, содержащей смесь ртути и инертного газа, такого как аргон, под низким давлением.Внутри этой трубки образуется неравновесный разряд (плазма). Это означает, что температура электронов отличается от температуры окружающей газовой смеси. Например, температура электронов может быть порядка более 20000 К, но температура газа остается относительно близкой к комнатной температуре, 300 К. Поскольку плазма не находится в равновесии, реакции электронного удара изменяют химический состав газовой смеси. способом, управляемым столкновительными процессами.Эти столкновения могут создавать электронно-возбужденные нейтралы, которые впоследствии могут вызывать спонтанное излучение фотонов с определенными длинами волн.

Видимый свет создается двумя способами: оптическим излучением непосредственно из разряда или возбуждением люминофором на поверхности трубки. Флуоресцентное освещение часто вызывает проблемы у людей, страдающих расстройством зрения, называемым синдромом Ирлена, и, как ни странно, люди часто жалуются на головные боли и мигрени при длительном воздействии флуоресцентного света.

Как вы можете видеть на графике ниже, спектр излучения флуоресцентного источника света выглядит довольно странно. Квантование происходит из-за прямого излучения плазмы или люминофора, но человеческому глазу излучаемый свет все еще кажется белым. Как и лампы накаливания, люминесцентные лампы могут быть неэффективными, потому что плазму нужно поддерживать, и она испускает излучение в невидимом диапазоне.


Спектр излучения типичной люминесцентной лампы.

Светодиодные лампы
Светодиоды

производят революцию в индустрии освещения, поскольку они часто намного эффективнее с точки зрения световой отдачи и более долговечны, чем традиционные технологии ламп накаливания.Например, обычные потребительские светодиодные лампы работают на 10-20% мощности, необходимой для работы лампы накаливания сопоставимой яркости. У них также есть срок службы более 25 000 часов, по сравнению с только 1000 часами для ламп накаливания.

Светодиоды

намного эффективнее ламп накаливания, потому что они работают совершенно по-другому. Светодиоды — это полупроводниковые устройства, которые излучают свет, когда электроны в зоне проводимости переходят через запрещенную зону посредством излучательной рекомбинации с дырками в валентной зоне.В отличие от ламп накаливания, светодиоды излучают свет в очень узком диапазоне длин волн.

Изначально красные, зеленые и желтые светодиоды были разработаны в 1950-х и 1960-х годах. Однако именно изобретение синего светодиода привело к созданию новых эффективных источников белого света. Синий свет, излучаемый такими светодиодами, можно использовать для стимулирования более широкого спектра излучения слоя люминофора вокруг корпуса светодиода или можно напрямую комбинировать с красными и зелеными светодиодами для создания белого света.

Как показано на приведенном ниже графике, спектры светодиодов для желтого люминофора становятся ближе к спектрам естественного дневного света.Синего света больше, чем у лампы накаливания, и почти вся мощность излучается в видимом спектре.


Спектр излучения типичной светодиодной лампы в теплом белом цвете.

Комбинированные источники света

Различные спектры излучения отложены на одной оси ниже. Хотя ни одна из ламп точно не воспроизводит естественный дневной свет, очевидно, что светодиодная лампа является лучшим приближением. Все излучение происходит в видимом диапазоне, что делает устройство очень эффективным.


Спектры излучения дневного света и обычных ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп.

Обычно лампы накаливания и люминесцентные лампы имеют фиксированный оптический выход. Также доступны светодиодные лампы с фиксированным спектром излучения. Построив спектры излучения различных источников света, мы можем сделать вывод, что светодиодные лампы наиболее точно воспроизводят естественный дневной свет.

Узнайте больше о способах моделирования источников света

Как мы видели в этом сообщении в блоге, существует множество различных способов создания искусственного света.Все описанные выше методы можно смоделировать на различных уровнях детализации с помощью COMSOL Multiphysics с модулями полупроводников, плазмы, теплопередачи или лучевой оптики.

  • Прочитать запись в блоге:
  • Загрузить учебную модель:

PHILIPS — зарегистрированная торговая марка Koninklijke Philips N.V. и ее дочерних компаний.

Эволюция искусственных источников света

Да будет свет…

Сначала Солнце было единственным источником света для Земли и ее жители.Позже наши предки узнали, как управлять огнем, и с тех пор человечество использовало источники света на основе огня.

Конечно, огонь — это гораздо больше, чем просто источник света. также позволяет готовить, создавать инструменты и согревать с помощью этого сообщества. Многие столетия прошли без особых изменений, пока свечи и масляные лампы не были разработаны, используя огонь исключительно для освещения. Прыгая вовремя, чтобы гораздо более недавняя история — первые газовые и керосиновые лампы стали популярны в 18 и 19 вв, соответственно.В начале 19 -х годов века газовые фонари на столбах были установлены на улицах крупных европейских и американские города. Да, они все еще основывались на огне, но многое другое. теперь под контролем.

Возникновение электрического света

Конец 19-го век отметили рост электрического света, и особенно ламп накаливания лампочка, ошибочно приписываемая исключительно Томасу Эдисону. Собственно более 20 изобретатели представили свои версии лампы накаливания до Эдисону, но выбор Эдисона материалов, использование им высокого вакуума и электрические схемы, которые он представил, были лучшими в свое время, поэтому его версия преобладала.

Хотя со времени изобретения Эдисона прошло более 140 лет, Лампы накаливания до сих пор считаются Святым Граалем в с точки зрения видимой части излучаемого спектра. Это потому, что свет только побочный продукт работы лампы, который, по сути, передает электрический ток через высокопрочный нить накала, что позволяет ему нагреть до 3000 ºC.

Следовательно, только небольшая часть (несколько процентов) электрическая энергия преобразуется в свет, а остальная часть рассеивается в виде нежелательное тепло.
Кроме того, излучается большое количество невидимой для человека радиации; следовательно световая отдача лампы накаливания, которая измеряет, насколько хорошо источник света производит видимое излучение, ограничен 17 люменами на ватт.

Кроме того, тяжелые условия работы (вакуум, высокий температура) делает лампу накаливания чувствительной и ограничивает срок ее службы (обычно до 1000 часов). С другой стороны, излучение, исходящее от лампа накаливания похожа на солнечное излучение, которое по сути очень горячий шар отошел от нас примерно на 150 миллионов км.

Солнце, будучи горячим неотражающим телом, находящимся в тепловом равновесии, излучает свет в соответствии с физикой излучения черного тела. Глядя только на спектр излучаемого света, разница между солнцем и лампы накаливания можно отнести только к разной их температуре. Вот почему свет, излучаемый лампами накаливания, кажется нам естественным. На рисунке 1 представлен типичный гладкий спектр лампы накаливания в видимая часть спектра.

Следующий шаг — неоновые и люминесцентные лампы

Позже были изобретены неоновые и люминесцентные лампы: на основе атомные переходы в газовых трубках, вызванные электрическим разрядом, эти световые источники оказались намного более энергоэффективными, чем лампы накаливания (светоотдача до 60 люмен / Вт) и еще более прочный (до Срок службы увеличен в 15 раз).
Добавление флуоресцентных материалов в трубку позволило создать ультрафиолетовое излучение. излучение, которое необходимо поглощать, и излучать более длинные волны, тем самым создавая источник белого света. Эта технология позволила создать большие вывески для коммерческих целей и получил широкое распространение в 20, -м, веках.

Его основные недостатки, помимо хрупкости светильников и факта они могут содержать опасные элементы, так как их спектры излучения содержат несколько дискретных всплесков длин волн, связанных с атомными переходами (в зависимости от конкретной газовой смеси), поэтому не являются гладкими и непрерывно, как видно на рис.1. Вот почему эти источники света кажутся менее яркими. естественно для наших глаз.

Эпоха светодиодов

А потом началась эра светодиодов. Светодиоды полупроводниковые световые источники на основе светоизлучающих диодов (отсюда и аббревиатура LED). По сути, Светодиод излучает свет за счет протекающего через него электрического тока; электроны пересекать стык двух полупроводниковых материалов, рекомбинировать с электронными дырками и высвобождают фотоны с энергией, заданной шириной запрещенной зоны диода.

Светодиоды

стали популярными в электронном оборудовании в 1960-е годы, но вначале они излучали свет только в инфракрасном диапазоне, невидимый для человеческого глаза.
Позже были изобретены красные светодиоды, которые использовались в основном как индикаторы в электронные устройства. До научных открытий прошло более 30 лет. позволили использовать эту технологию для общего освещения — особенно изобретение синего светодиода высокой яркости, основанное на разработке передовые производственные процессы с использованием новых материалов. С мощным синим светодиодом источников стало возможным создавать источники белого света, используя аналогичные концепцию люминесцентной лампы — добавив материал, который поглощает синий свет и излучает свет с более длинными волнами, создавая источник белого света, подходящий для освещения.Три японца изобретатели, способствовавшие разработке синего светодиода высокой яркости, которые работал в двух независимых исследовательских группах, получил Нобелевскую премию 2014 г. физике за свои открытия.

  • Спектры разных типов источников света
И что теперь?

В наши дни светодиодные фонари везде! Ожидается, что рынок светодиодов вырастет на порядок в десятилетие, которое закончится в 2023 году, и лампы накаливания скоро станут истории, поскольку все больше и больше стран препятствуют их продаже из-за неэффективность.

Как этот новый ребенок в блоке смог победить технологию что было с нами полтора века? В первую очередь — текущие Светодиоды имеют световую отдачу до 300 люмен / Вт и длительный срок службы — 18 раз больше, чем у эффективной лампы накаливания. Более того, многие светодиоды могут быть собраны вместе с надлежащей электроникой и оптикой, чтобы сформировать светодиоды светильники, способные освещать все, от маленьких комнат до гигантских стадионов. Кроме того, светодиоды имеют короткое время прогрева, их можно легко затемнить, и это намного больше. устойчивы к ударам и менее чувствительны к быстрым циклам включения / выключения.

светодиода ожидается, что они полностью доминируют в индустрии освещения, и теперь они даже используется для комнатного земледелия (хотя растения имеют разный спектральный предпочтения, поэтому светодиоды, используемые для домашнего садоводства, излучают излучение в основном в ультрафиолетовая и инфракрасная части спектра).

Может показаться, что светодиод — безупречное световое решение, но он имеет и свои недостатки: во-первых, в спектре белого светодиода гораздо больше ультрафиолетового света, чем лампа накаливания, что может привести к большему риску глаза и кожа.Более того, спектр белого света светодиода выглядит гораздо более привлекательным. естественный по сравнению с флуоресцентным или неоновым светом, но обычно имеет пик около 405 или 450 нм (фиолетовый или синий) и не может конкурировать с гладким спектр ламп накаливания. Этот эффект можно увидеть на рис. 1. Наконец, Светодиод может мерцать, т. Е. Быстро менять свою яркость со временем, что может повлиять на наш мозг при некоторых обстоятельствах, в зависимости от частоты и величины этого явления. Итак, светодиодные фонари могут быть еще не идеальными, но обширными. научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы улучшают их качество с постоянно растущей шаг.

Так как лампа накаливания считалась эталоном осветитель более века и благодаря естественному свету, который он излучает, исследователи разработали различные показатели и стандарты для количественной оценки свет, излучаемый другими осветительными приборами по сравнению с естественным светом. А несколько важных из них:

  • Коррелированная цветовая температура, оценивающая ближайшая температура излучения черного тела, которая в основном напоминает источник света без накаливания
  • Индекс цветопередачи, который измеряет способность источник света для выявления цветов данного освещенного объекта по сравнению к идеальному источнику света
  • TM-30-18, который является передовым стандартом для оценки уровни точности и насыщенности источников света, в том числе графические представление результатов
  • Индекс мерцания и процент мерцания, которые измеряют часть сигнала, превышающая средний уровень освещенности и максимальный изменение амплитуды сигнала соответственно.

светодиод

Энергосберегающие лампочки, компьютеры, планшеты и опасность синего света

Люди эволюционировали под воздействием солнечного света. В течение ~ 100 лет надежный искусственный свет был доступен от ламп накаливания: источника света, который был аналогичен по спектру, полученному от Солнца. Необходимость использования меньшего количества энергии привела к отказу от ламп накаливания, которые заменяются так называемыми устройствами с низким энергопотреблением, такими как компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светоизлучающие диоды (светодиоды).Параллельно с этим в электрических и электронных изделиях были заменены лампы накаливания на светодиоды.

В процессе развития индустрии освещения было извлечено много уроков с точки зрения расположения ламп по отношению к глазу. Например, если в поле зрения находится источник с высокой яркостью, даже если условия экспонирования не являются вредными, экспонирование может привести к ослеплению, ослеплению и нарушению способности выполнять визуальные задачи. Поэтому традиционные источники, как правило, закрываются от прямого просмотра, когда взгляд направлен горизонтально или ниже.Если смотреть прямо на источник света, это будет считаться необычным поведением. Однако были опубликованы исследования 1 , которые предполагают риски неблагоприятного воздействия на здоровье в условиях экстремального воздействия, которые затем освещаются средствами массовой информации.

Развитие технологий на основе портативных компьютеров предоставило возможность длительного просмотра экранов с подсветкой. С практической точки зрения яркость источников должна быть низкой, чтобы их было удобно рассматривать. Однако признано, что многие люди используют портативные или планшетные компьютеры или мобильные телефоны по много часов в день.

Уже много лет известно, что синий свет является фототоксичным для сетчатки. 2 Биологические доказательства периодически проверяются организациями, такими как Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), в результате чего публикуются руководящие принципы. 3 Рекомендации представляют уровни, ниже которых неблагоприятное воздействие на здоровье маловероятно. Что касается воздействия света на сетчатку, некоторые длины волн более эффективны для нанесения вреда, чем другие. Это определяется спектром действия для опасности синего света, который графически показан на Рисунке 1.Чтобы оценить условия воздействия, измеряется спектр света в определенном месте, и значение на каждой длине волны взвешивается с помощью соответствующего фактора на этой длине волны. Наконец, взвешенные значения суммируются, чтобы получить взвешенную яркость или энергетическую освещенность для сравнения с нормативным пределом воздействия.

Рисунок 1

Спектр действия опасности синего света.

ICNIRP предложила «практическое правило» уровня срабатывания яркости для источников белого света, предполагая, что подробные оценки не требуются для значений яркости ниже 10 4 кд м −2 . 4 Это правило учитывает долю синего света, которая может содержаться в общей яркости источника.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *