Лампы накаливания относятся к источникам излучения

Виды источников света и их характеристики

20 июня 2015.
Категория: Лампы.

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. Подробнее об этом можно прочесть в статье «Светодиодные лампы».

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).

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.

Источник: https://artillum.ru/lamps/87-vidy-istochnikov-sveta.html

История искусственных источников света: от огня до лазеров

15 октября 2019 13:32 история  освещение  техника  

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

Смотреть все фото в галерее

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

Дар Прометея

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

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

Спектр открытого огня сильно отличается от солнечного, под который природа «заточила» человеческий глаз. Существенная часть излучения приходится на тепловой (ИК) диапазон. Видимый свет излучают в основном частицы углерода, нагреваемые пламенем до высокой температуры (как раз эти несгоревшие частицы и образуют копоть). Спектр огня в видимом диапазоне захватывает лишь часть желтой и красной области.

Работать при таком свете практически невозможно, и многие средневековые ремесленные гильдии дальновидно запрещали работу по ночам при искусственном свете, так как качество изделий при этом резко падало.

Поддайте газу!

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

Однако газовое освещение было не слишком эффективным.

проблема заключалась в том, что газовое пламя, горящее при недостаточном притоке кислорода, дает яркий свет, но при этом сильно коптит, а чистое некоптящее пламя (при избытке кислорода) практически невидимо. Но в 1885 году Уэлсбах предложил использовать калильную сетку, представляющую собой мешочек из ткани, пропитанный раствором неорганических веществ (различных солей). При прокаливании ткань сгорала, оставляя тонкий «скелет», ярко светящийся при нагревании под действием пламени. В конце XIX века появились керосиновые лампы, их можно встретить и до сих пор.

Многие из них оснащены калильными сетками (теперь уже металлическими или асбестовыми).

Первые шаги электричества

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

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

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

дуговых ламп.

Горячие нити

Большинство людей связывают изобретение ламп накаливания с именем Эдисона. Однако, несмотря на все его заслуги в этой области, изобретателем лампы был все же не он. Первая лампа накаливания больше напоминала ювелирное изделие или произведение искусства как по трудоемкости, так и по стоимости.

Задолго до Эдисона, в 1820 году, Уоррен Де ла Рю поместил платиновую проволочку в стеклянный сосуд, из которого был откачан воздух, и пропустил по ней ток. Лампа получилась удачной, но… платиновой! Она была настолько дорогой, что о широком ее использовании не могло быть и речи.

Множество изобретателей экспериментировали с различными материалами, но лишь в 1879 году Джозеф Свен и Томас Эдисон независимо друг от друга разработали лампу накаливания с угольной нитью. Для своего изобретения Эдисон устроил массовую грандиозную презентацию: в канун нового, 1880 года он использовал 100 своих ламп, чтобы осветить улицы, лабораторию и станцию городка Менло-Парк (Нью-Джерси).

Поезда ломились от желающих посмотреть на это чудо, и Пенсильванской железной дороге даже пришлось пустить дополнительные составы. Лампы Эдисона работали около ста часов, потребляли 100 Вт и давали световой поток в 16 кандел (для сравнения — современная 100-ваттная лампа накаливания дает свет силой порядка 100−140 кандел).

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

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

Лампы с начинкой

У обычных ламп накаливания, кроме низкого КПД, есть еще один серьезный недостаток. Вольфрам при работе постепенно испаряется с раскаленной поверхности нити и оседает на стенках колбы. Колба приобретает «тонированный» вид, что ухудшает светоотдачу. А за счет испарения вольфрама с поверхности нити жизнь лампы сокращается. А вот если в газ, наполняющий колбу, добавить пары, например, йода, картина меняется.

Атомы испаренного вольфрама соединяются с атомами йода, образуя йодид вольфрама, который не оседает на стенках колбы, а разлагается на раскаленной поверхности нити накаливания, возвращая вольфрам в нить, а пары йода — обратно в колбу. Но есть одно условие: температура стенок колбы тоже должна быть достаточно высокой — около 250 °C.

Именно поэтому колбы галогенных ламп такие компактные и, естественно, горячие!

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

Холодный свет

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

Источник: https://fishki.net/3114434-istorija-iskusstvennyh-istochnikov-sveta-ot-ognja-do-lazerov.html

Современные источники света

Светоотдача — это относительная величина, выражающая величину светового потока в люменах (лм), получаемого при преобразовании одного ватта (Вт) потребленной электроэнергии — лм/Вт. Она является основным показателем, характеризующим экономичность источников света.

Светоотдачу не следует путать с собственно световым потоком, яркостью, освещенностью — эти величины показывают отношение светового потока к излучающей, и, соответственно, освещаемой поверхности, и, поэтому, экономичность источников света они не характеризуют.

Поэтому, например, если продавец перед вами включает две разных лампочки, предлагая вам самим убедиться, какая ярче, не стоит отдавать предпочтение той, которая сильнее ослепляет — не факт, что у нее выше светоотдача, следовательно, «экономичность».

Цветопередача — это показатель качества света, его способность передавать цвета освещаемых предметов без искажений. Для ее оценки разработаны различные шкалы, наиболее распространенной из которых является Ra8. Оценка цветопередачи производится по восьми эталонным карточкам или прямоугольникам, напечатанным в световых атласах.

Однако, следует учесть, что выбранные цвета и способы смешения красок для их получения, отнюдь не отображают все встречающиеся цвета и оттенки — спектры отражения окружающих предметов, а только лишь самые распространенные.

Поэтому, многие современные люминесцентные лампы с полосатыми спектрами излучения, оцениваемые высоко по этой шкале (80-90 единиц), на самом деле не передают многих оттенков, видимых при естественном дневном освещении — обладающим непрерывным спектром.

Однако, среди газоразрядных источников света есть такие, спектр которых очень близок к солнечному — это ксеноновые лампы сверхвысокого давления, применяемыми в кинопроекторах и специальные металлогалогенные лампы сверхвысокого давления типа ДРИШ и их зарубежных аналогов.

Цветовая температура — величина, характеризующая цветность света. Она численно равняется температуре абсолютно черного тела (физическая идеализация, условное тело, полностью поглощающее весь падающий на него световой поток) при котором оно излучает свет данной цветности. С увеличением температуры, цвет меняется от красного в сторону белого, и, наконец, синего — по цвету длине наиболее интенсивно излучаемых волн.

Рассмотрим основные типы источников света, пришедших на замену лампам накаливания

Галогенные лампы являются усовершенствованными лампами накаливания, в которых металл нити накала образует химические соединения с веществами, содержащимися в наполнении колбы — йодом, бромом, которые, при правильно подобранной температуре компактной колбы, не оседают на ней, а возвращается конвекционными потоками обратно к спирали, где на ее поверхности вновь высвобождается чистый металл. Таким образом, снижается расход металла на испарение, что позволяет нити накаливания работать при более высокой, чем у обычных ламп накаливания, температуре, от которой зависит светоотдача и цветовая температура света, а также увеличивается срок службы. светоотдача таких ламп составляет 17-24 лм/Вт, цветовая температура 2900-3000 K («теплый» свет), цветопередача Ra 99 срок службы 2-8 тыс. ч.

Более экономичными являются низковольтные галогенные лампы. Это объясняется тем, что у них, при равной мощность, нить короче и толще, что позволяет ей работать при повышенной температуре, и снижает риск перегорания, отчего и срок службы таких ламп всегда выше. Однако такие лампы требуют понижающих электронных трансформаторов. Галогенные лампы, рассчитанные на сетевое напряжения, однако, более удобны, поскольку не требуют трансформаторов и изготавливаются с внешней колбой и цоколем E27, позволяющим использовать их в обычных светильниках вместо ламп накаливания.

Линейные люминесцентные лампы. основаны на свечении люминофора, возбуждаемого ультрафиолетовым излучением разряда в парах ртути низкого давления. Светоотдача колеблется в пределах 70-104 лм/Вт, цветовая температура — 2700-6500 K (есть аквариумные лампы с цветовой температурой до 13000 K), цветопередача Ra 65-95, срок службы — 10-45 тыс. ч.

Наиболее предпочтительными во всех отношениях, в том числе цены, для внутреннего освещения считаются лампы с трехполосным люминофором, излучающим спектр из трех длин волн, соответствующих максимальной чувствительности колбочек сетчатки — красный, зеленый и синий, белое свечение с различными оттенками достигается смешением этих лучей. а также света, излучаемого разрядом.

Однако, как уже говорилось выше, данная система оценки цветопередачи не является полностью объективной, и такие лампы плохо передают небольшую разницу между оттенками, потому для освещения помещений печатной промышленности, художественных студий и тп., где требуется очень высокая степень цветоразличения. применяют лампы с пятиполосным люминофором и цветопередачей свыше 90.

Компактно-люминесцентные лампы с резьбовыми цоколями E14 и E27 действуют по принципу, сходному с люминесцентными лампами. Будучи созданными для прямой замены ламп накаливания, они, однако обладают рядом недостатков: более низкая светоотдача — из-за меньшей, при равных мощностях, длины разрядных трубок, а также из-за значительных потерь при поглощении света в полости развитой поверхности трубок; меньший срок службы, в основном из-за более примитивного устройства ПРА, не обеспечивающего прогрева спиралей, а также часто выходящего из строя прежде разрядной трубки.

Светоотдача ламп составляет 50-75 лм/Вт, срок службы — 8-20 тыс. ч., цветовая температура — 2500-6400 лм/Вт, цветопередача Ra 80-85, выпускаются только с трехполосным люминофором.

Светодиодные лампы и светильники. Действие их основано на свечении кристаллов и люминофора, возбуждаемого частью видимого излучения кристалла (синего). Вопреки заявлениям многих производителей и продавцов, эти источники света, даже от самых известных производителей обладают пока весьма скромными характеристиками — светоотдача 50-80 лм/Вт, цветопередача Ra 60-80, цветовая температура — 3000-6000 K но технологии в этом направлении на данный момент развиваются.

Спектр светодиодов в чем-то подобен спектру галофосфатных люминесцентных ламп — он состоит из из узкой синей полосы длиной волны ок. 450 нм и участка непрерывного спектра неравномерной интенсивности в зелено-оранжевой области. В не зависимости от цветовой температуры, светодиоды плохо передают красных цвет. Кроме того, синяя линия совпадают с пиком чувствительности мелатониновых рецепторов, отвечающих за состояние сна и бодрствования, что может приводить к переутомлению. Кроме того, синие лучи данного диапазона вызывают деградацию рецепторов синего света.

Учитывая эти факторы, предпочтительнее выбирать светодиодные лампы с низкой цветовой температурой, в излучении которых, синий свет кристалла составляет меньшую часть.

Металлогалогенные лампы. Являются газоразрядными лампами высокого давления (не путать с галогенными лампами), в которых преобладающим является излучение ионов металлов, особенно редкоземельных, образующихся в ртутном разряде при температуре 900-1000 °C из добавок йодистых и бромистых солей. Обладают довольно широким диапазоном цветностей, в зависимости от добавок. Лампы, предназначенные для общего освещения, содержат, как правило соли редкоземельных элементов и дают почти непрерывный спектр.

среди ламп высокого давление (существуют и короткодуговые лампы сверхвысокого давления) обладают лампы с керамической горелкой с цветовой температурой 5000-5500 K — их спектр по форме напоминает солнечный.

Основным недостатком этих ламп является долгий период разгорания и невозможность мгновенного включения после предшествующего выключения, значительный спад светового потока в течении службы, повышение потребления электроэнергии, нестабильность цветовых характеристик их значительная цена и недостаточные ассортимент светильников, предназначенных для них. Также запрещается использовать их без плафона, из-за большой яркости светящегося тела.

Заключение

Выбор источников света чаще всего зависит от экономичности, цветовой температуры и цветопередачи, однако не всегда каждый из этих факторов имеет одинаковое значение для потребителя. Не во всех случаях требуется идеальная цветопередача, а экономичностью можно пожертвовать в пользу низкой цены и эстетических требований к светильнику, ограничением которых часто бывают габариты и форма ламп. Цветовая температура может зависеть от личных предпочтений и, что немаловажно, от оформления интерьера. поэтому выбор оптимального источника света — это личное дело покупателя, в котором мы советуем рукодствовать нашими рекомендациями.

Источник: https://www.ltsun.ru/blog/sovremennye-istochniki-sveta/

Источники света — определение, виды и единицы измерения

При разговоре об источнике света, мы подразумеваем любой объект, излучающий электромагнитное излучение в видимой части спектра. Элементарной частицей света является фотон. Именно отсюда и идет двойственная природа света – корпускулярно-волновой дуализм. Фотон может вести себя подобно частице, а может и подобно излучению. Это зависит от конкретных физических условий. Видимый диапазон находится в пределах от 360 нм до 830 нм. Световое излучение возникает из-за различных физических процессов, происходящих в атомах. Если длина волны находится в диапазоне – мы видим свет. От длины волны зависит цвет.

Если атом получает энергию, то он переходит на более высокий энергетический уровень. Это возбужденное состояние. Он неустойчиво. Электроны стремятся вернуться на более низкие энергетические уровни. В результате этого и рождается фотон. А это и есть свет.

Если все атомы испускают фотоны одновременно, то это уже лазерное излучение. Оно когерентно. Луч лазера не обязательно должен быть видимым. Причем оно существует и в природе. В 1981 году лазерное излучение было обнаружено в атмосфере Марса и Венера. Длина волны составила 10 мкм. На такой длине волны работают лазеры с углекислым газом в качестве рабочего тела.

Какие бывают источники света

Все источники света делятся на естественные (природные) и искусственные (созданные руками человека). К природным источникам можно отнести Солнце, светящийся планктон. К искусственным – различные виды ламп, осветительные диоды и т.д.

Основные параметры и единицы измерения источников света

Световое излучение характеризуется многими параметрами:

• Яркость (L). Измеряется в кд/м2 – кандела на квадратный метр. Это основной фактор светоощущения.
• Освещенность (E). Измеряется в лк – люкс. 1лк равнозначен потоку излучения в 1 люмен, равномерно распределенному по площади 1м2.
• Световой поток (Ф). Измеряется в лм – люмен. Характеризует мощность излучения, оценивается по световому ощущению глазом человека. В системе единиц СИ обозначается именно буквой Ф и рассчитывается по формуле:
• Сила света (I). Измеряется в кд – кандела. Характеризует интенсивность светового потока. Рассчитывается по формуле:

для изотропного источника: 

для не изотропного источника:

• Световая отдача. Измеряется в лм/Вт – люмен на Ватт. Эта величина может характеризовать экономичность искусственного источника света, грубо говоря, сколько электрической мощности преобразуется в свет.

Для искусственных источников света важна цветопередача. Цвета у предметов будут различаться лучше, если он освещается сплошным равномерным спектром. В идеале чем ближе излучение ламп к солнечному свету, тем она лучше и дороже. При индексе цветопередачи свыше 90 предметы будут казаться необычайно насыщенными.

При малом индексе будет затруднительно определить цвет предмета, однако контуры будут видны. От яркости это практически не зависит.

Виды и классификации источников света

Все искусственные электрические световые излучатели можно разделить по физическим принципам работы:

Тепловые источники света. Это различные классические лампы накаливания. Принцип действия основан на разогреве рабочего тела (обычно – проволочная нить, изготовленная из вольфрама) до температур, при которых появляется и ИК-излучение, и видимый свет. Они обладают достаточно хорошей цветопередачей, но крайне низким КПД. Не более трех процентов.

Энергия расходуется на разогрев и поддержание рабочей температуры вольфрамовой проволоки. Срок службы редко превышает две тысячи часов. На работоспособность внешняя среда не оказывает существенного влияния. Сейчас уже признаны морально устаревшими, но до сих пор производятся. Цена низка. Сюда ж можно отнести и галогеновые лампы, и угольные дуги, и инфракрасные излучатели.

Им не требуется дополнительных устройств для запуска.

Подробнее о лампе накаливания-тут

Люминесцентные. Сюда можно отнести все газоразрядные лампы. Это и лампы с тлеющим разрядом (в результате разряда в парах ртути возникает свечение люминофорного покрытия), ртутные дуговые осветители, лампы с дуговым разрядом (низкого и высокого давления). Этому типу ламп требуется специальная схема для запуска.

Например, у лампы дневного света напряжение горения ниже напряжения зажигания. Т.е. недостаточно просто подать напряжение. Этот тип освещения имеет уже более чем полувековую историю. До сих пор имеется востребованность. Примечательно, что многим осветителям данного типа можно придать практически любую форму колбы. Дизайнерам есть поле для творчества.

Энергопотребление существенно ниже, чем у лам накаливания. Срок службы продолжителен.

Подробнее о люминесцентных лампы вы можете прочесть- тут

Смешанного излучения. В основу положена дуга высокой интенсивности. Это дорогие специализированные излучатели, сочетающие одновременно и тепловой физический принцип, и мощную электрическую дугу. В основном они применяются в прожекторных установках (например, авиационных и корабельных). В производстве весьма сложны. В свободной продаже отсутствуют. Требуется сложная схема на мощных элементах, в ее задачу входит розжиг и поддержание разряда. Среда эксплуатации накладывает свои сложности на инженерные решения. Энергопотребление высокое.

Светодиодные. Сюда можно отнести все источники света, построенные на светодиодах. Принцип действия заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух разных материалов. Через них пропускается постоянный ток. Причем оба материала – полупроводники. Они пропускают ток в одну сторону. Обратный ток тоже есть, но он ничтожно мал, что им можно пренебречь. Экспериментальным путем были получены материалы, способные испускать фотоны при смене электроном энергетического уровня. Первые светодиоды имели малую яркость и ограниченный набор цветов.

Поэтому использовались только в основном как индикаторы. Сейчас синтезированы материалы, которые позволяют дать большую яркость, охватить почти весь спектр. Но тем не менее в определенных участках спектра может наблюдаться завал, либо преобладание свечения. Современные светодиоды успешно применяются в качестве осветительных приборов, характеризуются наибольшей энергоэффективностью (потребляемая мощность очень низка в сравнении с другими источниками света) и длительным сроком службы. Их относят к холодным источникам света.

В большинстве случаев они все низковольтные, не более 12 В нужно для диода.

В составе ламп всегда находится схема – блок питания (или драйвер). Его задача строго поддерживать параметры питания – напряжение и силу тока. Применительно к автомобилестроению, светодиоды показывают хорошие результаты, но просто менять галогеновую лампу на светодиод не стоит, без драйвера срок службы будет минимален в виду нестабильности питания в бортовой сети автомобиля.

Более подробная информация о led лампах-тут

Лазеры. Оптический квантовый генератор. Лазер расшифровывается light amplification by stimulated emission of radiation. В переводе с английского – усиление света с помощью вынужденного излучения. Смысл процесса состоит в том, что атом рабочего тела в возбужденном состоянии может излучит фотон под действием другого фотона. Поглощения в этом случае не произойдет. При этом фотоны когерентны.

Фотон излученный – это точная копия фотона, который вынудил его появление. Это и есть явление усиления света. Идентичность фотонов обуславливает и монохроматичность излучения. Лазер не используется в качестве осветителя. Он нашел широкое применение – от считывания компакт-диска до лазерной резки металлов. Применяется он и в медицине, в качестве лучевого скальпеля.

А ведь это тоже свет! В качестве рабочего тела может применятся углекислый газ, моно-галогениды, и так далее.

Вполне возможно, что со временем появятся источники света, основанные и на других физических принципах.

Источник: https://vamfaza.ru/istochniki-sveta/

Источники света: рассказываем о том, какие бывают лампы

Источники света — один из самых массовых товаров. Ежегодно производят и потребляют миллиарды ламп, значительную долю которых пока составляют лампы накаливания и галогенные лампы.

Стремительно растёт потребление современных ламп — компактных люминесцентных и светодиодных. Происходящие изменения в качестве дают надежду на то, что источники света станут важным инструментом дизайнера, архитектора, проектировщика.

Об освещённости и цветовой температуре света

Ряд параметров ламп определяет насколько они применимы в том или ином проекте.

Световой поток определяет количество света, которое дает лампа (измеряется в люменах). Установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет световой поток 1200 лм, 35-ватная «галогенка» — 600 лм, а натриевая лампа мощностью 100 Вт — 10 000 лм.

У разных типов ламп разная световая отдача, определяющая эффективность преобразования электрической энергии в свет и, следовательно, разную экономическую эффективность применения. Световую отдачу лампы измеряют в лм/Вт (светотехники говорят «люменов с ватта», имея в виду, что каждый ватт потребляемой электроэнергии «преобразуется» в некоторое количество люменов светового потока).

Переходя от количества к качеству, рассмотрим цветовую температуру (Тцв, единица измерения — градус Кельвина) и индекс цветопередачи (Ra). При выборе ламп дизайнер обязательно учитывает цветовую температуру для той или иной установки. Комфортная среда сильно зависит от того, какой свет в помещении «тёплый» или «холодный» (чем выше цветовая температура, тем «холоднее» свет).

Цветопередача — важный параметр, о котором часто забывают. Чем более сплошной и равномерный спектр у лампы, тем различимее цвета предметов в её свете. У Солнца сплошной спектр излучения и наилучшая цветопередача, при этом Тцв меняется от 6000К в полдень до 1800К в рассветные и закатные часы. Но далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем.

Если у искусственных источников теплового излучения сплошной спектр и нет проблем с цветопередачей, то разрядные лампы, имеющие в своем спектре полосы и линии, сильно искажают цвета предметов.

Другой крайний случай, когда индекс цветопередачи более 90 — в этом случае некоторые цвета воспроизводятся неестественно насыщенными.

Лампы выходят из строя. Кроме того, световой поток лампы уменьшается в процессе работы. Срок службы — основной эксплуатационный параметр источников света.

Проектируя осветительную установку нельзя забывать об обслуживании, т. к. частая замена ламп увеличивает стоимость эксплуатации и вносит дискомфорт.

Лампы накаливания

Вольфрамовая спираль в колбе разогревается под действием электрического тока. Для сокращения скорости распыления вольфрама и соответственно увеличения срока службы лампы колба наполняется инертным газом. По принципу действия лампа накаливания относится к тепловым источникам света, т. е. значительная доля потребляемой энергии расходуется на тепловое и инфракрасное излучение.

Типичная для ламп накаливания световая отдача 10–15 лм/Вт, а срок службы редко превышает 2000 часов. Достоинства этих ламп: низкая цена и качество света (Тцв=2700, Ra=100). Сплошной спектр качественно воспроизводит цвета окружающих предметов. Лампы накаливания постепенно вытесняются разрядными источниками света и светодиодными лампами.

Галогенные лампы накаливания

Добавление галогенов в колбу лампы накаливания и использование кварцевого стекла позволили сделать серьезный шаг вперёд, получив новый класс источников света — галогенные лампы накаливания. Световая отдача современных ГЛН составляет 30 лм/Вт. Типичное значение цветовой температуры 3000К и индекс цветопередачи 100. «Точечная» форма источника света с помощью отражателей даёт управлять пучком света.

Получающийся при этом искристый свет определил приоритет таких ламп в интерьерном дизайне, где они заняли лидерство. Ещё одно преимущество в том, что количество и качество света лампы постоянно на протяжении срока службы. Популярны низковольтные «галогенки» мощностью 10–75 Вт с отражателем, который фокусирует луч в угле 10–40°.

Недостатки ГЛН очевидны: малая световая отдача, короткий срок службы (в среднем 2000–4000 часов), необходимость использования (для низковольтных) понижающих трансформаторов. Там, где эстетический компонент важнее экономического, с ними приходится мириться.

Люминесцентные лампы

Люминесцентные лампы (ЛЛ) — разрядные лампы низкого давления — представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, которая наполнена инертным газом и малым количеством ртути. При включении в трубке возникает дуговой разряд, и атомы ртути начинают излучать видимый свет и ультрафиолет. Нанесённый на стенки трубки люминофор под действием ультрафиолетовых лучей излучает видимый свет.

Основа светового потока лампы — излучение люминофора, видимые линии ртути составляют лишь малую часть. Многообразие люминофоров (смесей люминофоров) позволяет получить источники света с различным спектральным составом, который определяет цветовую температуру и индекс цветопередачи.

Люминесцентные лампы дают мягкий, равномерный свет, но его распределением в пространстве трудно управлять из-за большой поверхности излучения. Для работы люминесцентных ламп необходима специальная пускорегулирующая аппаратура. Лампы долговечны — срок службы до 20 000 часов.

Световая отдача и срок службы сделали их самыми распространёнными источниками света в офисном освещении.

Компактные люминесцентные лампы

Развитие люминесцентных ламп привели к созданию компактных люминесцентных ламп (КЛЛ). Это источник света похожий на миниатюрную люминесцентную, иногда с встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом и резьбовым цоколем Е27 (для непосредственной замены ламп накаливания), Е14 и др.

Различие заключается в уменьшенном диаметре трубки и использовании другого типа люминофора. Компактная люминесцентная лампа может с успехом заменить лампы накаливания.

Разрядные лампы высокого давления

Последние разработки позволяют использовать для освещения разрядные лампы высокого давления. По ряду показателей подходят металлогалогенные (МГЛ). У этих ламп во внешней колбе размещается горелка с излучающие добавки. В горелке присутствует некоторое количество ртути, галоген (чаще йод) и атомы химических элементов (Tl, In, Th, Na, Li и др.).

Сочетание излучающих добавок достигает интересных параметров: высокая световая отдача (до 100 лм/Вт), отличная цветопередача Rа=80–98, диапазон Тцв от 3000 К до 6000 К, средний срок службы до 15 000 часов. Для работы этих ламп требуется пускорегулирующие аппараты и специальные светильники. Рекомендуется использовать эти источники для освещения помещений с большой площадью, с высокими потолками, просторных залов.

Светодиодные лампы

Светодиоды — полупроводниковые светоизлучающие приборы, называют источниками света будущего. Если говорить о современном состоянии «твердотельной светотехники», можно утверждать, что она вышла из периода младенчества. Достигнутые характеристики светодиодов (световая отдача до 140 лм/Вт, Rа=80–95, срок службы 70 000 часов) уже обеспечили лидерство во многих областях.

Диапазон мощностей светодиодных источников, реализация в лампах разных типов цоколей, управление лампами позволили в короткий срок удовлетворить растущие требования к источникам света. Главными преимуществами светодиодов остаются компактные размеры и управления цветовыми параметрами (цветодинамика).

Источник: https://www.o-svet.ru/blog/lamps/

Источники света

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции, преобразовывающие энергию в световое излучение. В источниках света используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (например, триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция и др.).

Источники света, наиболее часто применяемые для искусственного освещения, делят на три группы — газоразрядные лампы, лампы накаливания и светодиоды. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.

В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных.

Основные характеристики источников света:

·         номинальное напряжение питающей сети U, B;

·         электрическая мощность W, Вт;

·         световой поток Ф, лм;

·         световая отдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) лм/Вт;

·         срок службы t, ч;

·         Цветовая температура Tc, К.

Светодиоды

Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Специально выращенные кристаллы дают минимальное потребление электроэнергии. Великолепные характеристики светодиодов (световая отдача до 120 Лм/Вт, цветопередача Ra=80-85, срок службы до 100 000 часов) уже обеспечили лидерство в светосигнальной аппаратуре, автомобильной и авиационной технике.

Светодиоды применяются в качестве индикаторов (индикатор включения на панели прибора, буквенно-цифровое табло). В больших уличных экранах и в бегущих строках применяется массив (кластер) светодиодов. Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и прожекторах. Так же они применяются в качестве подсветки жидкокристаллических экранов. Последние поколения этих источников света можно встретить в архитектурном и интерьерном освещении, а так же в бытовом и коммерческом.

Преимущества:

·         Высокий КПД.

·         Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).

·         Длительный срок службы.

·         Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.

·         Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.

·         Безопасность — не требуются высокие напряжения.

·         Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

·         Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.

·         Недостаток — высокая цена.

·         Срок службы: среднее время полной выработки для светодиодов составляет 100000 часов, это в 100 раз больше ресурса лампочки накаливания.

Источник: https://svetoproekt.ru/articles/istochniki-sveta/