Различные типы источников света
Определение 1
Источником света называют тело, излучающее энергию в световом диапазоне.
Классификацию источников света можно проводить в зависимости от различных их характеристик. Так в физике важным является деление источников света на точечные и непрерывные (модели источников света).
Возможно деление на естественные и искусственные источники света . К естественным источникам относят: Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды и т.д. Искусственными источниками света считают: пламя, разного рода лампы, светодиоды, лазеры. Искусственные источники света делят в зависимости от вида энергии, которая переходит в излучение.
Источники света подразделяют на:
Также искусственные источники света могут делить в зависимости от их конструктивных особенностей.
Определение 2
Точечным называют источник света , размерами которого можно пренебречь, в сравнении с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, которые излучает точечный источник, являются сферическими.
Определение 3
Для того чтобы охарактеризовать точечный источник применяют такое понятие как сила света ($I$) , которую определяют как:
где $dФ$ -- световой поток, который излучается источником в пределах телесного угла $d\Omega $ . Если рассматривать сферическую систему координат, то можно сказать, что в общем случае сила света зависит от полярного ($\vartheta$) и азимутального ($\varphi $) углов ($I=I(\vartheta,\varphi)$).
Определение 4
Источник света носит название изотропного , если его сила света не зависит от направления. Для изотропного источника света можно записать, что:
где Ф -- суммарный световой поток, который излучает источник по всем направлениям. Величину силы источника, которая определяется как (2) еще называют средней сферической силой света источника.
Если источник света нельзя считать точечным (протяженный источник), то используют понятие силы света элемента его поверхности ($dS$). В таком случае в формуле (1) под величиной $dФ$ понимают световой поток, который излучает элемент поверхности источника ($dS$) в пределах телесного угла ($d\Omega $).
Основной единицей измерения силы света в $СИ$ является кандела ($кд$) (старое - свеча ($св$) ). $1 кд$ излучает световой эталон в виде абсолютно черного тела при температуре $T=2046,6 K$ (температура затвердевания чистой платины) и давлении $101325 Па$.
Световой поток, который посылается точечным источником в телесный угол $d\Omega ,$ определяется выражением:
Соответственно, полный световой поток, который исходит от источника, равен интегралу по полному телесному углу $4\pi $:
Основная единица измерения светового потока - люмен ($лм$), который равен световому потоку, который испускает источник в $1 кд$ внутрь телесного угла $1 стерадиан$.
Определение 5
Величина ($E$) равная:
называется освещенностью . В выражении (5) $dФ_{pad}$ -- величина светового потока, который падает на элемент поверхности $dS.$ Освещенность измеряется с СИ в люксах (лк).
при равномерном распределении потока по поверхности.
Освещенность, которую создает точечный источник можно вычислить как:
где r- расстояние от источника до поверхности, $\alpha $ -- угол между нормалью к поверхности и направлением на источник.
Протяженный источник света характеризуют светимостью ($R$) его участков. Она характеризует излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности по всем направлениям. Определяется она как:
где ${dФ}_{isp}$- поток, который испускает элемент поверхности источника ($dS$) по всем направлениям в пределах $0\le \vartheta \le \frac{\pi }{2}$, где $\vartheta$ -- угол, который образует выделенное направление с внешней нормалью к поверхности.
Светимость способна появляться из-за отражения поверхностью падающего на нее света. В таком случае под ${dФ}_{isp}$ следует понимать в выражении (8) поток, который отражается элементарной поверхностью $dS\ $по всем направлениям.
Светимость измеряется в $люксах$.
Яркость ($B$) используют для характеристики излучения (отражения) света в выделенном направлении. Направление при этом задается полярным углом ($\vartheta$), который откладывается от внешней нормали ($\overrightarrow{n}$) к излучающей площадке и азимутальным углом ($\varphi $). Данная физическая величина определяется как:
где $dS$ -- элементарная светящаяся площадка. В общем случае $B=B(\vartheta,\varphi)$.
Определение 6
Источники света, яркость которых не изменяется в зависимости от направления, называют ламбертовскими (или косинусными, подчиняющимися закону Ламберта). Для ламбертовских светильников $dI$ элементарной площадки пропорциональна $cos \vartheta.$
Светимость и яркость связаны соотношением:
Единица яркости $кандела$ на квадратный метр ($\frac{кд}{м^2}$).
Пример 1
Задание: Найдите световой поток, который излучает элементарная поверхность $dS$ внутрь конуса , ось которого перпендикулярна выделенному элементу. Угол конуса равен $\vartheta_0$. Считать, что светящаяся поверхность подчиняется закону Ламберта и ее яркость равна $В$.
Решение:
За основу решения задачи примем определение яркости и из него выразим элемент светового потока:
Элементарный телесный угол в сферических координатах равен:
Подставим выражение для телесного угла в выражение (1.1), получим:
Найдем полный световой поток интегрированием выражения (1.3):
\[Ф=BdS\int\limits^{\vartheta_0}_0{sin\vartheta cos\vartheta d\vartheta }\int\limits^{2\pi }_0{d\varphi =\pi ВdS}sin^2 \vartheta_0.\]
Ответ: $Ф=\pi ВdSsin^2\vartheta_0.$
Пример 2
Задание: Яркость однородного светящегося диска радиуса $r$ изменяется в соответствии с законом $B=B_0cos\vartheta,$ где $B_0=const, \vartheta\ --\ $угол с нормалью к поверхности. Каков световой поток (Ф), который испускает диск?
Решение:
Элемент светового потока, используя уравнение из условий задачи для ярости выразим как
где элементарный телесный угол в сферических координатах равен:
Световой поток найдем как интеграл от выражения (2.1) при использовании (2.2):
\[Ф=B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{sin\vartheta}cos^2}\vartheta d\vartheta \int\limits^{2\pi }_0{d\varphi =}2\pi B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{sin\vartheta}cos^2}\vartheta d\vartheta=2\pi B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{d(-cos\vartheta)}cos^2}\vartheta=\frac{2}{3}\pi B_0dS=\frac{2}{3}B_0{\pi }^2r^2.\]
Ответ: $Ф=\frac{2}{3}B_0{\pi }^2r^2.$
Свет (с латинского языка lucis) или видимый свет представляет собой часть спектра электромагнитного излучения, которое воспринимается человеческим глазом. Элементарной единицей света является фотон. Элементарные частицы обладают определенной длинной волны, зависящей от источника света, который их породил. Фотон подчиняется законам квантовой механики и в разных физических условиях может проявлять себя либо как частица, либо как волна.
Первые источники видимого электромагнитного излучения, которые использовало человечество для своих нужд, были основаны на сжигании горючего топлива растительного (дерево) или животного происхождения (сало и жир).
Древние греки и римляне впервые стали использовать глиняные и бронзовые сосуды, в которые помещали горючие вещества. Эти сосуды стали прародителями современных ламп.
В конце XVIII века швейцарский химик Аргант изобрел лампу с фитилем, в которой в качестве топлива использовался керосин. В конце XIX века Эдисон запатентовал электрическую лампу накаливания. После этого изобретения и благодаря быстрой динамике развития индустрии, начинает появляться множество других электрических источников излучения.
Спектр излучения, который видит глаз человека, лежит в приделах длин волн фотонов от 400 нм до 700 нм. Источником света является физический процесс, который происходит в атоме вещества. Атом в результате какого-либо действия может получить энергию извне, часть этой энергии он передает своей электронной подсистеме.
Энергетические уровни электрона в атоме являются дискретными, то есть каждому из этих уровней соответствует конкретная величина. Благодаря полученной извне энергии некоторые электроны атома могут перейти на энергетические уровни более высокого порядка, в этом случае можно говорить о возбужденном электронном состоянии. В этом состоянии электроны оказываются неустойчивыми и снова переходят на уровни с меньшей энергией. Этот процесс сопровождается излучением фотонов, которое и является светом, который мы воспринимаем.
Процесс термического излучения представляет собой физический процесс, при котором электронная подсистема возбуждается за счет передачи ей кинетической энергии от ядер атомов. Если какой-либо объект, например металлическую пластину, подвергнуть нагреву до высоких температур, то он начнет светиться. Сначала видимый свет будет иметь красный цвет, поскольку эта часть видимого спектра является наименее энергетической. При увеличении температуры металла он станет излучать бело-желтый свет.
Отметим, что при нагреве металла он сначала начинает испускать инфракрасные лучи, которые человек не способен видеть, но ощущает их в виде тепла.
Этот тип излучения возникает без предварительного нагрева тела и состоит из двух последовательных физических процессов:
Если оба этапа происходят во временном интервале в несколько секунд, то процесс называется флуоресценцией, например, излучение экрана телевизора после его выключения является флуоресцентным. Если же оба этапа процесса излучения происходят в течение несколько часов и дольше, то такое излучение называется фосфоресценцией, например, светящиеся часы в темной комнате.
Все источники видимого для человеческого глаза электромагнитного излучения в зависимости от его происхождения можно разделить на две большие группы:
В свою очередь, искусственные источники бывают следующих типов:
Прямыми источниками света являются приборы, природные тела и организмы, которые могут самостоятельно испускать электромагнитные волны в видимом спектре. К прямым источникам относятся звезды, температура которых достигает десятков и сотен тысяч градусов, огонь, лампа накаливания, а также современные приборы, например, плазменный телевизор или жидкокристаллический монитор компьютера, который производит излучение, индуцированное микро электрическим разрядом.
Другим примером прямых естественных источников света являются животные, которые обладают биолюминесценцией. Излучение в этом случае возникает как результат химических процессов, происходящих в организме существ. К ним относятся светлячки и некоторые жители морских глубин.
Непрямые источники света представляют собой тела, которые не излучают самостоятельно свет, но способны его отражать. При этом отражающая способность каждого тела зависит от его химического состава и физического состояния. Непрямые источники святятся только благодаря тому, что находятся под влиянием электромагнитного излучения прямых источников. Если непрямой источник не аккумулирует световую энергию, то при прекращении воздействия света на него он перестает быть видимым.
Традиционным примером источников света данного типа является спутник Земли - Луна. Это небесное тело отражается солнечные лучи, которые падают на нее. Благодаря процессу отражения мы можем видеть, как саму Луну, так и окружающие нас предметы ночью в лунном свете. По той же причине видны в телескоп планеты солнечной системы, а также наша планета - Земля (если смотреть на нее из космоса).
Еще одним примером объекта непрямого излучения, который отражает лучи от источника света, является сам человек. В общем, любой предмет является источником непрямого излучения за исключением черной дыры. Гравитационное поле черных дыр настолько сильно, что даже свет не может выбраться из него.
Основными характеристиками источников света являются следующие:
Каждый искусственный источник электромагнитного излучения определенного типа используется человеком в той или иной сфере деятельности. Области применения источников света следующие:
Для всех организмов, которые обитают на планете Земля, вращение нашей планеты и периодичность дня и ночи являются важными процессами для нормальной жизнедеятельности и протекания биологического цикла. Более того, чтобы быть здоровыми, большинство живых существ нуждаются в прямом солнечном излучении.
Если говорить о человеке, то недостаток солнечного света приводит к развитию депрессии, а также к недостатку витамина D, поскольку полученный человеком загар позволяет организму усваивать этот витамин с большей легкостью.
Результаты одного исследования продемонстрировали, что достаточное нахождение человека под прямыми солнечными лучами позволяет снизить и облегчить некоторые симптомы определенных заболеваний. В частности, связанные с депрессией проблемы полностью или частично исчезали у 20% пациентов. Естественно, что один лишь солнечный свет не является лекарством против депрессии, однако он является неотъемлемой частью комплексного лечения.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА. СВЕТИЛЬНИКИ
Источник света – устройство, в котором происходит превращение какого-либо вида энергии в оптическое излучение. Различают 2 вида оптического излучения: тепловое и люминесцентное.
Тепловое оптическое излучение возникает при нагреве тел. На этом принципе основано действие ламп накаливание (ЛН) и галогенных ламп накаливания (ГЛН) .
Галогенные лампы накаливания кроме тела накала в стеклянной колбе содержат галогены, концентрирующиеся на ее стенках. Например, йод, испаряясь со стенок, покрывает нить накала и препятствует тем самым ее разрушению.
Лампы накаливания имеют элементарно простую схему включения, на их работу практически не влияют условия внешней среды. Но у них очень низок к.п.д. (всего 3%), отличная от естественного света цветность и сравнительно короткий срок службы – до 1000 часов.
Галогенные лампы в сравнении с обычными лампами накаливания имеют более стабильный во времени световой поток и повышенный срок службы. Их рекомендуется применять в случаях, когда потребная мощность лампы 1000 Вт и более, а также в помещениях с повышенными требованиями к цветопередаче при невозможности использования люминесцентных ламп.
Люминесцентное оптическое излучение создается в газоразрядных лампах в результате электрического разряда в газах, парах или их смесях, при этом светится специальное вещество – люминофор, находящийся на внутренних стенках лампы.
Различают люминесцентные лампы низкого давления :
ЛЛ – люминесцентная лампа;
ЛБ – лампа белого света;
ЛД – дневного света;
ЛДЦ – дневного света с улучшенной цветопередачей;
ЛЕ – близкая по спектру к солнечному свету;
и лампы высокого давления (дуговые) :
ДРЛ – дуговая ртутная;
ДРИ – дуговая ртутная с излучающими добавками;
ДНаТ – дуговая натриевая трубчатая;
ДКсТ – дуговая ксеноновая трубчатая;
ДРИМГЛ – дуговая ртутная с излучающими добавками металлогалогенная и т.д.
Люминесцентные лампы более экономичны, у них больший срок службы (6-14 тыс. часов), они создают равномерное освещение в поле зрения, не сопровождаются тепловыми излучениями, их спектр излучения близок к спектру естественного света.
Недостатками таких ламп являются:
наличие пускорегулирующих аппаратов;
стробоскопический эффект;
высокая чувствительность к температурным условиям: лучшие условия соответствуют 15-40 0 С; при понижении температуры до 0 0 С количество испускаемого света уменьшается в 2 раза и резко ухудшаются условия зажигания ламп низкого давления. Поэтому на строительных площадках люминесцентные лампы низкого давления не применяют.
В ГОСТ 12.1.046-85 (Нормы освещения строительных площадок) даны следующие рекомендации по использованию источников света:
а) для выполнения наружных строительных и монтажных работ должны применяться лампы:
ЛН при ширине площадки до 20 м;
ДРЛ, ДНаТ – 20-150 м;
ДРИ – 150-300 м;
ДКсТ, ДКсШ при ширине площадки свыше 300 м;
б) для выполнения строительных и монтажных работ внутри помещения должны применяться лампы ЛН.
В административных помещениях необходимо применять только лампы ЛЛ.
Лидером в мировом производстве источников света является канадская фирма Vertek . Одна лампа Vertek в состоянии осветить площадь до 20 га.
Светильники – это световые приборы, перераспределяющие свет источника внутри больших (до 4¶) телесных углов.
В светильниках могут устанавливаться один или несколько источников света.
Правильный выбор светотехнических характеристик светильника гарантирует качество освещения при минимальной потребной мощности осветительной установки.
Важнейшей светотехнической характеристикой светильника является его светораспределение , которое определяется:
а) кривой силы света;
б) коэффициентом светораспределения;
в) коэффициентом формы.
Кривые силы света представляют собой линии равной силы света, изображенные в полярных координатах в меридиональной плоскости. Обычно эти кривые строят для условного источника света со световым потоком в 1000 лм. Типы кривых силы света: концентрированная, широкая, косинусная, синусная и т.д.
Коэффициент светораспределения (К с ) равен отношению светового потока, направляемого в нижнюю полусферу (Ф л. н.), к полному световому потоку лампы (Ф л.):
К с = Ф л.н. /Ф л. .
По коэффициенту светораспределения все светильники делятся на 5 классов:
П (прямого света): К с более 80%;
Н (преимущественно прямого света): К с = 60-80%;
Р (рассеянного света): К с = 40-60%;
В (преимущественно отраженного света): К с = 20-40%
О (отраженного света): К с менее 20%.
Светильник класса П используются в основном для освещения производственных помещений и строительных площадок, класса Н – для освещения административных и лабораторных помещений. Светильники классов Р, В, О применяются при наличии специальных требований к качеству освещения. Светильники отраженного света применяют в производственных и общественных помещениях со светлыми полированными поверхностями стен и потолков, где коэффициент отражения ρ > 0,3.
Коэффициент формы (К ф ) равен отношению максимальной силы света в меридиональной плоскости к условному среднеарифметическому значению силы света:
К ф = I max /I ср.
Установка светильников должна обеспечивать безопасный и удобный доступ к ним для обслуживания.
По степени защи ты от пыли, влаги и взрыва светильники классифицируются следующим образом:
КЛАССИФИКАЦИЯ СВЕТИЛЬНИКОВ
ПО ЗАЩИТЕ ПО ЗАЩИТЕ ПО ЗАЩИТЕ
ОТ ПЫЛИ ОТ ВЗРЫВА ОТ ВЛАГИ
Незащищенные Повышенной Взрывоне- Незащищенные
надежности проницае-
Откры- Перекры- мые Брызгозащищенные
Струезащищенные
Пылезащищенные
Водонепроницае-
Полностью Частично мые
Пыленепроницаемые Герметичные
Полностью Частично
Открытые светильники не имеют какой-либо защиты от запыления.
В перекрытых светильниках попадание пыли внутрь светильника ограничивается неуплотненной светопропускающей оболочкой.
В пылезащищенных светильниках проникновение пыли внутрь затруднено, но не исключено в количествах, не нарушающих удовлетворительную их работу.
В полностью пылезащищенных светильниках предусмотрена защита от пыли как токоведущих частей, так и колбы лампы, а в частично пылезащищенных – лишь токоведущих частей.
В брызгозащищенных светильниках исключается попадание на токоведущие части и колбу лампы капель и брызг, падающих под углом с вертикалью не более 45 0 .
Струезащищенная конструкция обеспечивает защиту при обливании светильника струей воды любого направления.
Водонепроницаемое исполнение должно обеспечивать защиту токоведущих частей и колбы лампы от попадания воды при погружении светильника в воду на ограниченное время, а герметичное – при погружении на неограниченно долгое время.
Взрывонепроницаемое исполнение должно исключать возникновение взрыва при воздействии окружающей среды на корпус светильника. Это достигается ограничением предельно допустимой температуры его поверхности. Одновременно конструкция светильника
препятствует распространению взрыва, возникшего внутри, во внешнюю среду.
Использование светильников повышенной надежности против взрыва не исключает возможности передачи взрыва, возникшего внутри светильника, во внешнюю среду, но сводит такую вероятность до минимума применением специального взрывонепроницаемого патрона.
Выбранный светильник должен удовлетворять следующим требованиям :
соответствовать условиям окружающей среды;
обеспечивать необходимое светораспределение и исключать слепящее действие;
быть экономичным.
Условия окружающей среды определяют конструктивное исполнение светильника.
|
Характеристика условий среды | |
|
Сухие и влажные помещения Сырые помещения Особо сырые помещения и помещения с химически активной средой Пыльные помещения Пожароопасные помещения Взрывоопасные помещения |
Все типы незащищенных светильников Допускается применение незащищенных светильников с корпусом патрона из влагостойкого материала Светильники в пыленепроницаемом, пылезащищенном или брызгозащищенном исполнении. Корпус светильника и патрон выполняются из влагостойких материалов. Светильники в полностью пылезащищенном или пыленепроницаемом исполнении. Светильники во взрывонепроницаемом исполнении |
Специальным видом светильников являются щелевые световоды, применяемые для освещения взрывопожароопасных производств. Светильники состоят из оптической системы, группы источников света большой мощности (20-40 кВт), располагаемых вне помещения, и канала световода длиной до 100 м при диаметре до 1,5 м.
Широко распространены на строительных площадках прожекторы – световые приборы, перераспределяющие свет внутри малых телесных углов и обеспечивающие угловую концентрацию светового потока.
Для освещения применяются, например, галогенные прожекторы типа ИО-02, ИСУ-01 и прожекторы для ламп накаливания – ПЗМ, НО.
Преимущества прожекторов:
экономичность,
благоприятное для объемного видения соотношение вертикальной и горизонтальной освещенности,
меньшая загруженность территории столбами и воздушной проводкой,
удобство обслуживания.
Недостатки: необходимость мер по снижению слепящего действия и исключению теней.
РАСЧЕТ ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Проектирование искусственного освещения начинают при разработке проектов организации строительства и проекта производства работ .
Ориентировочно выявляют разряды зрительных работ на различных участках территории строительства и составляют карту дислокации строительных участков по нормам освещенности (зонирование).
Предварительно устанавливаются исходные данные :
определяется система освещения;
выбирается тип источника света (лампы);
выбирается тип светильников с учетом загрязненности воздушной среды и в соответствии с требованиями взрыво- и пожаробезопасности;
производится распределение светильников и определяется их количество; светильники могут располагаться рядами, в шахматном порядке, ромбовидно;
определяются нормы освещенности на рабочем месте.
Расчет освещения проводится следующими методами.
1 метод. Для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности с учетом светового потока, отраженного от потолка и стен, используется «метод светового потока» .
Световой поток лампы Ф л (лм) при лампах накаливания или световой поток группы ламп светильника при люминесцентных лампах рассчитывают по формуле:
где Е н – нормированная минимальная освещенность, лк;
S – площадь освещаемого помещения, м 2 ;
Z = Е ср /Е min = 1,1…1,5 – коэффициент минимальной освещенности;
К – коэффициент запаса, равный 1,4…1,8;
N – количество светильников (ламп накаливания) в помещении;
Η – коэффициент использования светового потока ламп, зависящий от индекса (показателя) помещения I и коэффициентов отражения потолка ρ п, стен ρ ст и пола ρ р.
Показатель помещения определяется по формуле:
где А и В соответственно длина и ширина помещения, м;
Н р – высота светильников над расчетной поверхностью, м.
По значению светового потока выбирают ближайшую стандартную лампу ЛН или люминесцентные лампы светильника (и их необходимое количество) и определяют электрическую мощность всей осветительной системы.
2 метод. Для расчета общего локализованного и местного освещения, освещения наклонных плоскостей, а также для проверки расчета равномерного общего освещения, когда отраженным световым потоком можно пренебречь, применяют «точечный метод» .
Сущность метода заключается в определении освещенности точки световым потоком, падающим от излучателя света. При этом освещенность поверхности равна:
где I а – сила света в направлении от источника на данную точку
рабочей поверхности, кд;
α – угол, определяющий направление силы света в расчетную
точку (угол между нормалью к рабочей поверхности и на-
правлением на источник света), 0 .
При расчете освещенности, создаваемой в точке несколькими светильниками, подсчитывают освещенность от каждого из них, а затем находят арифметическую сумму освещенностей.
3 метод. Для ориентировочных расчетов используется «метод удельной мощности» . Данный метод позволяет определить мощность каждой лампы для создания в помещении нормируемой освещенности.
Во всех случаях, когда для освещения открытых пространств площадью более 5000 м 2 невозможно разместить обычные светильники над освещаемой поверхностью, применяют прожекторное освещение.
При расчете прожекторного освещения выбирается нормируемая освещенность и коэффициент запаса, учитывающий старение и запыление ламп. Затем подбирается тип прожектора, наименьшая высота его установки из условий минимальной слепимости, проектируются расстановка мачт и углы наклона оптической оси прожекторов в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.046-85 для освещения строительных площадок и участков рекомендуется применять следующие типы прожекторов: ПСМ, ПЗР, ПЗС, ПКН, ИСУ, ОУКсН, СКсН.
СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение.
Справочная книга для проектирования электрического освещения. Под ред. Г.М.Кнорринга. М., 1976.
Охрана труда в машиностроении. Под ред. Е.Я.Юдина и С.В.Белова. М., 1983.
Свет всегда окружает нас в природе. И солнечный свет, и лунный свет, и звездный свет являются наиболее важными источниками света к жизни человека. Но, также, из-за потребности в дополнительном свете, люди научились собственными силами создавать свет. Понимание фундаментального различия между естественным и искусственным светом является отправной точкой в описании естественных и искусственных источников света. Природные источники света существуют в природе и находятся вне контроля людей. Они включают в себя солнечный свет, лунный свет, свет звезд, различных растительных и животных источников, радиолюминесценцию, и, конечно, огонь.
Искусственными источниками света могут управлять люди. Примеры таких источников
– пламя от сгорающих поленьев, языки пламени масляной или газовой горелки, электрические лампы, свет от фотохимических реакций, и других различных реакций, например свет от реакций со взрывчатыми веществами.
Из-за их очевидных преимуществ с точки зрения доступности, безопасности, чистоты, и возможности удаленного управления, электрические лампы вытеснили почти все другие искусственные источники освещения в жизни человека. Однако, так как энергия, необходимая для работы таких искусственных источников света обеспечивается в основном при потреблении природных ресурсов, мы приходим к мысли о том, что необходимо в максимально возможной степени использовать природные источники света.
Эксплуатации природных источников света остается одной из самых больших проблем в освещении.
Дизайнеры и архитекторы прикладывают огромные усилия в целях максимального использования источников света такого типа.
А вы знаете, какими характеристиками обладают ? О них вы сможете узнать все из нашей статьи.
А светодиодные источники ультрафиолетового излучения можно прочитать . Попробуйте разобраться, в каких областях лежит применение таких источников?
С практической точки зрения, источники света могут быть классифицированы с точки зрения качеств света, который они производят . Эти качества имеют решающее значение для результата освещения и должны быть в первую очередь учтены при выборе источника для освещения.
Наиболее естественный свет исходит от солнца, также естественен и лунный свет. Его происхождение делает его абсолютно чистым, и он не потребляет природные ресурсы. В то же самое время искусственные источники для преобразования накопленной энергии в световую энергию обычно требуют потребления природных ресурсов, таких как ископаемое топливо. Электрическое освещение с одной стороны превосходит по всем параметрам обыкновенное пламя от сгорание древесины, газа, нефти, но и является источником загрязнения. В то же самое время, электричество может быть получено из природных источников энергии, таких как ветер, гидро-, геотермальная и солнечная энергии.
Принцип работы электрической лампы накаливания определяет практически все параметры света создающегося такой лампой. В общем и целом, лампы накаливания генерируют свет по принципу накаливания, при котором металл нагревается до тех пор, пока он не начинает светиться.
В это же время большинство других типов ламп излучают свет посредством сложной системы химических реакций, при протекании которых электрическая энергия превращается в световую энергию.
При этом выделение тепловой энергии всегда является побочным эффектом.
Эти процессы протекают в таких лампах в отношении генерируемого света обычно более эффективно, чем в лампах накала — за счет сложности и других ограничений. Например, флуоресцентная лампа генерирует свет при подачи электрического напряжения в газе, который в свою очередь испускает ультрафиолетовое излучение, которое окончательно преобразуется в видимый свет особым веществом, которое и обеспечивает необходимое свечение. Этот процесс генерирует свет примерно на 400 процентов более эффективно , чем в случае с обычными лампами накаливания.
| 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 |
Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы ни использовалось искусственное освещение. Начало развития отрасли производства источников света было положено в 19 веке. Поводом для этого послужило изобретение дуговых ламп и ламп накаливания.
Тело, излучающее свет в результате преобразования энергии называется источником света. Почти все производимые в настоящее время типы источников света являются электрическими. Это значит, что для создания светового излучения в качестве первичной затрачиваемой энергии используют электрический ток. Источниками света считают приборы с излучением света не только в видимой части спектра (длинны волн 380 - 780 нм), но и ультрафиолетовой (10 - 380 нм) и инфракрасной (780 - 10 6 нм) областях спектра.
Различают следующие виды источников света: тепловые, люминесцентные и светодиодные.
Тепловые источники излучения являются самыми распространенными. Излучение в них появляется вследствие нагревания тела накала до темпер, при которых появляется не только тепловое излучение в инфракрасном спектре, но и наблюдается видимое излучение.
Люминесцентные источники излучения способны излучать свет не зависимо от того в каком состоянии находится их излучающее тело. Свечение в них возникает через преобразование различных видов энергии непосредственно в оптическое излучение.
На основании изложенных различий источники света делят на четыре класса.
Сюда относят всевозможные , включая галогенные, а также электрические инфракрасные нагреватели и угольные дуги.
К ним относят следующие виды электрических ламп: дуговые , различные лампы тлеющего разряда, низкого давления, лампы дугового, импульсного и высокочастотного разряда, в том числе и те, в которые добавлены пары металлов или на колбу которых нанесено люминофорное покрытие.
Такие виды ламп освещения одновременно используются тепловое и люминесцентное излучение. Примером могут служить дуги высокой интенсивности.
Кроме того, существуют другие признаки по которым производится классификация ламп (по области применения, конструктивно-технологическим признакам и тому подобные).
Световые, электрические и эксплуатационные свойства электрических источников света характеризуют рядом параметров. Сравнение параметров нескольких источников света, для их использования в той или иной области применения, позволяет остановиться на наиболее подходящем из них. Сопоставляя параметры отдельных экземпляров одного и того же источника света, обращая внимание на место и время изготовления, можно судить о качестве и технологическом уровне их производства.
Перечислим основные электрические характеристики ламп и в целом всех источников света:
Номинальное напряжение - напряжение, при котором лампа работает в наиболее экономичном режиме и на которое она рассчитывалась для ее нормальной эксплуатации. Для лампы накаливания номинальное напряжение равно напряжению питающей электрической сети. Обозначается такое напряжение U л.н и измеряется в вольтах. Газоразрядные лампы такого параметра не имеют, так как напряжение разрядного промежутка определяется характеристиками примененного для ее стабилизации пускорегулирующего аппарата (ПРА).
Номинальная мощность P л.н - расчетная величина характеризующая мощность потребляемую лампой накаливания при ее включении на номинальное напряжение. Для газоразрядных ламп, в цепь которых включают пускорегулирующие аппараты, номинальная мощность считается основным параметром. Основываясь на ее значении, путем экспериментов, определяются остальные электрические параметры ламп. Нужно учесть, что для определения мощности потребляемой из сети нужно сложить мощности лампы и пускорегулирующего аппарата.
Номинальный ток лампы I л.н - ток потребляемый лампой при номинальном напряжении и номинальной мощности.
Род тока - переменный или постоянный. Данный параметр нормируется только для газоразрядных ламп. Он влияет на другие параметры (кроме указанных ранее), которые изменяются с изменением рода тока, причем это относится к лампам, работающим только на постоянном или только на переменном токе.
Основными световыми параметрами источников света являются:
Световой поток , излучаемый лампой. Для измерения светового потока лампы накаливания ее включают на номинальное напряжение. У газоразрядных ламп измерение производят когда она работает на номинальной мощности. Световой поток обозначается буквой Ф (латинская фи). Единицей измерения светового потока является люмен (лм).
Сила света. Для некоторых видов вместо светового потока используются параметры средняя сферическая сила света или яркость тела накала. Для таких ламп они являются основными светотехническими параметрами. Используемые обозначения для силы света I v , I v Θ , для яркости - L , их единицы измерения - соответственно кандела (кд) и кандела на квадратный метр (кд/м 2).
Световая отдача лампы , это отношение светового потока лампы к ее мощности
Единица световой отдачи - единица измерения параметра люмен на ватт (Лм/Вт). С помощью этого параметра можно оценить эффективность применения источников света в осветительных установках. Однако в качестве характеристики облучательных ламп используют другой параметр - величину отдачи потока излучения.
Стабильность светового потока - процентное отношение величины снижения светового потока в конце срока службы лампы к первоначальному световому потоку.
К эксплуатационным параметрам источников света относят параметры, характеризующие эффективность источника в определенных эксплуатационных условиях:
Полный срок службы τ полн - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до полного отказа (перегорание лампы накаливания, отказ в зажигании для большинства газоразрядных ламп).
Полезный срок службы τ п - продолжительность горения в часах источника света, включенного при номинальных условиях, до снижения светового потока до уровня, при котором дальнейшая его эксплуатация становится экономически невыгодной.
Средний срок службы τ - основной эксплуатационный параметр лампы. Он представляет собой среднеарифметическое полных сроков службы групп ламп (не менее десяти) при условии, что среднее значение светового потока ламп группы к моменту достижения среднего срока службы осталось в пределах полезного срока службы, то есть при заданной стабильности светового потока. Это параметр особенно важен для ламп накаливания, так как увеличение их световой отдачи при прочих равных условиях приводит к сокращению срока службы. Так как экспериментальное определение срока службы приводит к выходу из строя испытуемых ламп, этот параметр определяется на определенном числе ламп с заданной степенью вероятности, рассчитываемой по законам математической статистики.
Динамическая долговечность - параметр, характеризующий срок службы ламп накаливания в условиях вибрации и тряски. Лампы с требуемой динамической долговечностью должны выдерживать определенное число циклов испытаний в установленном диапазоне частот.
Для уточнения работоспособности ламп кроме понятия среднего срока службы используют понятие гарантийного срока службы, определяющего минимальное время горения всех ламп в партии. Этому понятию иногда придают коммерческий смысл, считая гарантийный срок службы временем, в течение которого должна гореть любая лампа.
Сравнительно ограниченная продолжительность горения источников света, особенно ламп накаливания, устанавливает требование к их взаимозаменяемости, что может быть осуществлено только при повторяемости параметров отдельных ламп.
Для обеспечения экономичности осветительной установки важны как начальный световой поток лампы, так и зависимость его спада от времени эксплуатации. С увеличением длительности эксплуатации осветительной установки снижается роль капитальных затрат в стоимости световой энергии. Отсюда следует, что осветительные установки с малым числом часов горения в год целесообразно выполнять, используя более дешевые лампы накаливания и, наоборот, в промышленных осветительных установках, где продолжительность горения составляет 3000 часов и более, рационально использовать более дорогие, чем лампы накаливания, газоразрядные источники света с высокой световой отдачей. Стоимость единицы световой энергии определяется также тарифом на электроэнергию. При низких тарифах оправдано применение в осветительных установках ламп с относительно низкой световой отдачей и повышенным сроком службы.
