Источники света
Общие понятия
Свет — это результат физического процесса, происходящего в атомах вещества. Атомы, получая энергию извне (нагрев, облучение), часть ее передают электронам. Электроны сначала возбуждаются, а затем начинают терять энергию, переходя на нижние энергетические уровни. Каждый переход происходит с излучением фотонов — частиц света, которые воспринимает наш глаз. Фотоны могут проявлять себя либо как волна, либо как частица.
Одной из главных характеристик электромагнитного излучения является длина волны. К видимому свету относятся излучения с длиной волны от 8*10 -7 до 4*10 -7 м, то есть от красного до фиолетового света.
Свет распространяется в вакууме со скоростью 300 000 км/с или 3*10 8 см/с. Это самая большая скорость в природе для любых частиц и взаимодействий.
Первые источники видимого света, которые человек изобрел для собственных нужд, использовали разные виды горючего топлива: дерево, жир, сало. В конце XIII швейцарец Аргант изобрел лампу с фитилем, в которую в качестве топлива заливался керосин. Американец Томас Эдисон изобрел лампочку накаливания в конце XIX века. И если лампа с фитилем давно превратилась в настоящий антиквариат, то лампочка накаливания до сих пор верой и правдой служит человеку.
Естественные источники света
К естественным относятся источники света, дарованные нам природой:
- Солнце;
- Луна. Правда, сама она не излучает, а только отражает солнечный свет, но это не мешает считать ее прекрасным, естественным источником света в ночное время. Кстати, из космоса наша Земля смотрится также, отражая солнечный свет;
- Звезды на ночном небосклоне;
- Метеориты, кометы, болиды;
- Полярное сияние;
- Разряды атмосферного электричества (гроза, молния);
- Объекты животного (глубоководные медузы, моллюски, планктон, лесные светлячки) и растительного миров (некоторые грибы), способные излучать свет.
Рис. 1. Примеры естественных источников света.
Искусственные источники света
Этот вид источников является результатом интеллектуальной деятельности многих поколений учений и изобретателей:
- Лампы накаливания. Они излучают свет вследствие разогрева нити накаливания из тугоплавких металлов (например, вольфрам) до температуры в несколько тысяч градусов. Нить накаливания помещена в стеклянную колбу, из которой предварительно откачивают воздух и наполняют инертным газом (гелий, неон), предотвращающим перегорание нити;
- Галогеновые лампы. Это усовершенствованный вариант ламп накаливания. В них вместе с инертным газом добавляют галогеновый газ (бром или йод). Этот прием позволяет продлить срок эксплуатации лампы. Еще вместо обычного стекла для корпуса используют толстое кварцевое, которое выдерживает более высокие температуры, чем обычное стекло;
- Газоразрядные лампы. Этот вид источников создает видимое излучение за счет электрического разряда в смеси газов с добавлением паров некоторых металлов. Эти лампы чаще всего используются для уличного освещения и освещения производственных помещений. Неоновую световую рекламу изготавливают по этой технологии;
- Люминесцентные лампы. Внутренняя поверхность таких ламп покрыта специальным химическим составом, который называется люминофором. Сначала происходит электрический разряд в газе, как в обычных газоразрядных лампах. В разряде есть высокоэнергетичные фотоны ультрафиолетового диапазона, невидимые глазу. Эти фотоны возбуждают атомы и молекулы люминофора, которые излучают видимый на выходе свет. Эти лампы массово используются для освещения офисов, магазинов, производственных помещений.
- Светодиоды или LED-источники. Это самый современный, массовый полупроводниковый источник света. Излучение возникает в результате протекания электрического тока через p–n переход полупроводникового диода. Выпускаются лампочки дающие основные цвета: белый (дневной), зеленый, красный, синий, голубой. Использование этих ламп дает существенную экономию электроэнергии при эксплуатации осветительных приборов. Светодиоды имеют огромный срок службы (свыше 50000 часов) по сравнению с прочими источниками;
- Лазеры. Этот источник света для видимого диапазона в последние годы становится массовым в связи с использованием малогабаритных полупроводниковых лазеров, которые позволили создать полезные, безопасные в обращении устройства.
Рис. 2. Примеры искусственных источников света.
Примером использования современного источника света может служить лазерный нивелир, который позволяет быстро производить измерение расстояний, углов, выставлять уровни (горизонтальные, вертикальные).
Рис. 3. Лазерный нивелир.
Что мы узнали?
Итак, мы узнали, что источники света бывают искусственные и естественные. Естественные источники существуют независимо от деятельности человека. Искусственные источники появились благодаря умственной деятельности человека, разработке новых технологий и материалов. Большой прогресс в последние годы произошел в области производства светодиодов.
Источник
Естественные и искусственные источники света: примеры. Использование искусственных источников света. Виды искусственных источников света
Нас всегда и везде окружает свет, так как это неотъемлемая часть жизни. Огонь, солнце, луна или настольная лампа – это все относится к данной категории. Сейчас нашей задачей будет рассмотреть естественные и искусственные источники света.
Раньше у людей не было хитроумных будильников и сотовых телефонов, которые помогают нам встать тогда, когда это необходимо. Эту функцию выполняло Солнце. Оно встало – люди начинают работу, село – ложатся отдыхать. Но, со временем, мы научились добывать искусственные источники света, мы поговорим о них в статье более подробно. Начать необходимо с самого главного понятия.
В общем смысле – это волна (электромагнитная) которая воспринимается органами зрения человека. Но все же есть рамки, которые человек видит (от 380 до 780 нм). До этого идет ультрафиолетовое излучение. Хоть мы его не видим, но наша кожа его воспринимает (загар), после этих рамок идет инфракрасное излучение, некоторые живые организмы его видят, а человеком он воспринимается как тепло.
Теперь разберем такой вопрос: почему свет бывает разного цвета? Все зависит от длины волны, например, фиолетовый цвет образуется пучком волн длины 380 нм, зеленый – 500 нм, а красный – 625. Вообще, основных цветов 7, которые мы можем наблюдать во время такого явления, как радуга. Но многие, особенно искусственные источники света, излучают волны белого цвета. Даже если взять лампочку, которая висит у вас в комнате, с вероятностью 90 процентов, она освещает именно белым светом. Так вот, он получается за счет смешения всех основных цветов:
- Красного.
- Оранжевого.
- Желтого.
- Зеленого.
- Голубого.
- Синий.
- Фиолетовый.
Их очень легко запомнить, многие используют такие строки: каждый охотник желает знать, где сидит фазан. А первые буквы каждого слова и обозначают цвет, кстати, в радуге они располагаются точно в таком порядке. После того как мы разобрались с самим понятием, предлагаем перейти к вопросу «Источники света естественные и искусственные». Мы подробно разберем каждый вид.
Источники света
Не существует и в наше время ни одной отрасли хозяйства, которая в своем производстве не использовала бы искусственные источники света. Когда же человек впервые занялся производством искусственного освещения? Это было в далеком девятнадцатом веке, а причиной развития отрасли служило изобретение ламп дуговых и накаливания.
Источники света естественные и искусственные – это тела, которые способны излучать свет, а точнее, преобразовывать одну энергию в другую. Например, электрический ток в электромагнитную волну. Действующим по этому принципу искусственным источником света является электрическая лампочка, которая так распространена в повседневной жизни.
Мы говорили в прошлом разделе о том, что не весь свет воспринимается нашими органами зрения, но тем не менее источником света является и тот объект, который излучает волны, невидимые нашему глазу.
Классификация
Начнем с того, что все они делятся на два больших класса:
- Искусственные источники света (светильники, горелки, свечи и так далее).
- Естественные (свет Солнца, Луны, сияние звезд и прочее).
При этом каждый класс, в свою очередь, делится на группы и подгруппы. Начнем с первых, искусственные источники различают:
Более подробную классификацию обязательно рассмотрим далее. Во второй класс входят следующие:
- Солнце.
- Межзвездный газ и сами звезды.
- Атмосферные разряды.
- Биолюминесценция.
Естественные источники света
Все объекты, излучающие свет природного происхождения являются натуральными источниками. При этом испускание света может являться как основным, так и вторичным свойством. Если сравнивать природные и искусственные источники света, примеры которых мы уже рассмотрели, то их основное отличие заключается в том, что вторые излучают видимый нашему глазу свет благодаря человеку, а точнее, производству.
В первую очередь, что приходит на ум каждому, природным источником является Солнце, являющееся источником света и тепла для всей нашей планеты. Также естественными источниками являются звезды и кометы, электрические разряды (например, молния во время грозы), свечение живых организмов, этот процесс также называют биолюминесценцией (примером являются светлячки, некоторые водные организмы, обитающие на дне и так далее). Природные источники света играют очень важную роль как для человека, так и для других живых организмов.
Виды искусственных источников света
Зачем же нам они нужны? Представьте, как изменится наша жизнь без всем привычных ламп, ночников и тому подобных приборов. В чем заключается назначение искусственного света? В создании благоприятной обстановки и условий видимости для человека, тем самым поддержание здоровья и хорошего самочувствия, уменьшение утомляемости органов зрения.
Искусственные источники света можно разделить на две, довольно обширные, группы:
К примеру, о первой группе, все производственные участки всегда освещаются однотипными лампами, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и мощность ламп одинакова. Если говорить о второй группе, то тогда к вышеперечисленным добавляются еще несколько светильников, которые сильнее выделяют какую-либо рабочую поверхность, например, стол или станок. Эти дополнительные источники называются местным освещением. При этом, если использовать только местное освещение, то это будет сильно влиять на утомляемость, а следствием будет снижение работоспособности, кроме этого, возможны аварии и несчастные случаи на производстве.
Рабочее, дежурное и аварийное освещение
Если рассматривать классификацию искусственных источников с точки зрения функционального назначения, то можно выделить следующие группы:
Теперь немного подробнее о каждом виде. Рабочее освещение есть везде, где это необходимо для поддержания работоспособности людей или для освещения пути для идущего транспорта. Второй класс освещения начинает функционировать после рабочего времени. Последняя группа нужна для поддержания работы производства в случае отключения основного (рабочего) источника света, оно минимально, но способно временно заменить рабочее освещение.
Лампа накаливания
В наше время для освещения производственных участков используют лампы накаливания следующих видов:
И что же все-таки такое лампа накаливания? Первое, на что стоит обратить свое внимание, – то, что она является электрическим источником, а свет мы видим благодаря раскаленному телу, называемому телом накала. Ранее (в девятнадцатом веке) тело накала изготавливалось из такого вещества, как вольфрам, или из сплава на его основе. Сейчас же его изготавливают из более доступного углеродного волокна.
Типы, преимущества и недостатки
Сейчас промышленные предприятия выпускают большое число разнообразных ламп накаливания, среди которых наиболее популярны:
- Вакуумные.
- Лампы с криптоновым наполнением.
- Биспиральные.
- Наполненные смесью газов аргона и азота.
Теперь разберем последний вопрос, который касается ламп накаливания, а именно преимущества и недостатки. Плюсы: они недорогие в производстве, имеют небольшой размер, если их включить, то не нужно ждать пока разгорится, в производстве ламп накаливания не используется токсичные компоненты, они работают как на постоянном, так и на переменном токе, возможно использование регулятора яркости, хорошая бесперебойная работа даже при очень низких температурах. Несмотря на такое большое количество преимуществ, есть все-таки и минусы: они не сильно ярко светят, свет имеет желтоватый отлив, сильно нагреваются во время работы, что ведет иногда к пожарам при соприкосновении с текстильным материалом.
Газоразрядная лампа
Все они делятся на лампы высокого и низкого давления, большинство из них работает на парах ртути. Именно они вытеснили лампы накаливания, к которым мы так сильно привыкли, но газоразрядные лампы имеют просто массы минусов, один из которых уже нами сказан, а именно возможность отравится ртутью, также сюда можем отнести шумы, мерцание, что ведет к более быстрой утомляемости, линейный спектр излучения и так далее.
Такие лампы могут нам служить до двадцати тысяч часов, конечно, если колба цела, а свет, излучаемый ей, имеет либо теплый, либо нейтрально белый цвет.
Использование искусственных источников света довольно распространено, например, газоразрядные лампы очень часто и по сей день используются в магазинах или офисах, в декоративном или художественном освещении, кстати сказать, профессиональное световое оборудование, также не обошлось без газоразрядной лампы.
Сейчас производство газоразрядных ламп очень распространено, что и влечет за собой большое количество видов, один из самых популярных мы рассмотрим прямо сейчас.
Люминесцентная лампа
Как уже говорилось это один из видов газоразрядной лампы. Стоит отметить то, что их часто используют для основного источника света, люминесцентные лампы намного мощнее ламп накаливания и при этом они потребляют одинаково энергии. Раз мы уже начали сравнение с лампами накаливания, то будет уместным и следующий факт – срок службы люминесцентных может превышать в двадцать раз срок ламп накаливания.
Что касается их разновидностей, то чаще используют ртутную лампу, напоминающую трубку, а внутри и находятся пары ртути. Это очень экономичный источник света, который распространен в общественных заведениях (школах, больницах, офисах и так далее).
Источники света естественные и искусственные, примеры которых мы рассмотрели, просто необходимы для человека и других живых существ нашей планеты. Естественные источники не дают нам потеряться во времени, а искусственные заботятся о нашем здоровье и благополучии на предприятиях, уменьшая процент аварий и несчастных случаев.
Источник