Источники света

Содержание                                                                                                                                 

                                                                                                                        Стр.

Введение

1. Источники света……………………………………………………………......4

1.1 Стандартные лампы накаливания……..………………………………4

1.2 Галогенные лампы накаливания………………………………………5

1.3 Люминесцентные лампы………………………………………………6

1.4 Светодиоды ……………………………………………………………8

1.5 Энергосберегающие лампы…………………………………………...9

1.6 Лазеры…………………………………………………………………13

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Опытами Ньютона было установлено, что солнечный свет имеет сложный  характер. Подобным же образом, т. е. анализируя состав света при помощи призмы, можно убедиться, что свет большинства  других источников (лампа накаливания, дуговой фонарь и т. д.) имеет такой  же характер. Сравнивая спектры этих светящихся тел, обнаружим, что соответственные  участки спектров обладают различной  яркостью, т. е. в различных спектрах энергия распределена по-разному. Еще  надежнее удостовериться в этом можно, если исследовать спектры при  помощи термоэлемента

Для обычных источников эти  различия в спектре не очень значительны, однако их можно без труда обнаружить.

Еще значительнее различия, если источником света вместо раскаленного тела служит трубка, наполненная газом, светящимся под действием электрического разряда. Такие трубки употребляются  в настоящее время для светящихся надписей или освещения улиц. Некоторые  из этих газоразрядных ламп дают ярко желтый (натриевые лампы) или красный (неоновые лампы) свет, другие светятся беловатым светом (ртутные), ясно отличным по оттенку от солнечного. Спектральные исследования света подобных источников показывают, что в их спектре имеются  только отдельные более или менее  узкие цветные участки.

В настоящее время научились  изготовлять газоразрядные лампы, свет которых имеет спектральный состав, очень близкий к солнечному. Такие лампы получили название ламп дневного света.

Если исследовать свет солнца или дугового фонаря, профильтрованный через цветное стекло, то он окажется заметно отличным от первоначального. Глаз оценит этот свет как цветной, а спектральное разложение обнаружит, что в спектре его отсутствуют  или очень слабы более или  менее значительные участки спектра  источника.

1. Источники света

Источники света - один из самых  массовых товаров, производимых человеком.

Ежегодно производится и  потребляется несколько миллиардов ламп, львиную долю которых пока составляют лампы накаливания. Стремительно растет потребление современных  ламп - компактных люминесцентных, натриевых, металлогалогенных. Заманчивые перспективы  в энергосбережении, да и в дизайне  осветительных остановок обещают  ультрасовременные светодиоды. Происходящие качественные изменения позволяют  надеяться, что источники света  в новом третьем тысячелетии  станут важным инструментом архитектора, проектировщика, просто творческого  человека - главного действующего лица наступающей эпохи дизайна.

1.1 Стандартные лампы накаливания

Принцип действия. Вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой  откачан воздух, разогревается под  действием электрического тока. За более чем 120-летнюю историю ламп накаливания их было создано огромное множество - от миниатюрных ламп для  карманного фонарика до полукиловаттных  прожекторных. Типичная для ЛН световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень неубедительно  на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени  нагреватели, чем осветители: львиная  доля питающей нить накала электроэнергии превращается не в свет, а в тепло. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины  волны. Такой спектр определяет теплый тон излучения (Тцв=2400-2700 К) при отличной цветопередаче (Ra=100).

Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по временным  меркам, очень немного. Что же заставляет людей покупать (15 млрд в год!) столь  неэффективные и недолговечные  источники света? Кроме силы привычки и крайне низкой начальной цены (что, кстати, совершенно не означает, что применение ЛН экономически эффективно), причина этого в том, что существует огромный выбор декоративных типов стеклянных колб ЛН.

1.2 Галогеновые лампы накаливания

Главным недостатком стандартной  лампы накаливания является ее малая  светоотдача и ее короткий срок службы. При наполнении ее галогенными соединениями (к группе галогенов относятся  неметаллические химические элементы фтор, хлор, бром, йод и астатин) можно  избежать образования сажи на внутренней стороне стеклянной колбы, так что  лампа в течение всего срока  службы будет излучать постоянную световую энергию (люмен). Полезный эффект достигается  за счет того, что пары галогенов  способны соединяться с испаряющимися  частицами вольфрама, а затем  под действием высокой температуры  распадаться, возвращая вольфрам на спираль.

За счет этого светоотдача  и срок службы лампы значительно  улучшаются. В то время, как стандартная  лампа накаливания достигает  светоотдачи 10 лм/ватт, галогенная лампа  накаливания играючи достигает 25 лм/ватт. Кроме того, галогенные лампы  накаливания имеют более компактную конструкцию и пригодны для изящных  и специальных светильников.

В специализированных магазинах  сегодня имеются в продаже  галогенные лампы накаливания для  работы с напряжением сети 220 вольт  и лампы для низковольтного режима работы: на 6,12, 24 вольта. Для низковольтных  галогенных ламп дополнительно требуется  трансформатор.

Для декоративного акцентного освещения все больше используются галогенные отражающие лампы мощностью 10-50 ватт, а также рефлекторные лампы  с отражателями тлеющего свечения 20-75 ватт. При этих лампах 2/3 образующегося  тепла отводится назад через  отражатель, пропускающий инфракрасные лучи, так что освещаемые этими лампами объекты не очень сильно нагреваются.

Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных  галогенных ламп принято считать  период в 2000 часов.

Индекс цветопередачи галогенных ламп, как и у всех тепловых источников света, максимален и равен 100, причем за счет более высокой температуры накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше воспроизводит сине-зеленые цвета.

На сегодняшний день галогенные лампы остаются единственным сравнительно экономичным и при этом недорогим  видом источника света с "теплым" спектром. Этим объясняется их богатый  ассортимент, имеющий тенденцию  к расширению. В первую очередь  лампы данного вида находят применение в бытовом и функционально-декоративном освещении.

1.3 Люминесцентные лампы

 Из всех типов ламп люминесцентные лампы имеют самую высокую светоотдачу. Так называемые трехленточные люминесцентные лампы при очень хорошей светопередаче достигают до 96 люменов/ватт, т.е. почти в 10 раз больше, чем лампа накаливания. Поэтому люминесцентные лампы являются хорошими источниками сбережения энергии, а значит и экономичными. Основная область применения: промышленные зоны (мастерские, офисы, заводские цеха и т.д.).

В люминесцентных лампах свет производится с помощью ртути  и нанесенного на внутренней стороне  колбы лампы люминесцентного  слоя.

В качестве люминофоров служат инертные газы, например, неон, аргон  или гелий. Возбуждаемые электронами  атомы ртути производят внутри колбы  лампы невидимое для человека ультрафиолетовое излучение, которое  люминофоры преобразует в видимый  свет, при этом различные люминофоры имеют различные цвета света  и свойства цветопередачи.

Люминесцентные лампы  рассчитаны на так называемую оптимальную  окружающую температуру, которая обычно совпадает с комнатной (18-25°С). При  меньших или больших температурах светоотдача лампы падает. Если окружающая температура ниже +5°С, зажигание  лампы вообще не гарантируется. С  этой особенностью связаны ограничения, накладываемые на применение этих ламп в наружном освещении.

Срок службы люминесцентных ламп определяется многими факторами  и в основном зависит от качества их изготовления. Физическое перегорание  лампы происходит в момент разрушения активного слоя либо обрыва одного из ее электродов. Наиболее интенсивное  распыление электродов наблюдается  при зажигании лампы, поэтому  полный срок службы сокращается при  частых включениях. Полезным сроком службы принято считать период, в течение  которого лампа дает не менее 70% от начального светового потока. Этот период может  истекать задолго до перегорания  лампы как такового. Средний полезный срок службы современных люминесцентных ламп в зависимости от модели составляет 8000-15000 ч.

Эксплуатационными особенностями  люминесцентных ламп являются мерцание светового потока с частотой питающей сети и его спад в течение срока  службы. Мерцание лампы незаметно  глазу, однако сказывается на утомляемости зрительной доли мозга. Подобное освещение  непригодно для напряженной зрительной работы (чтения, письма и т.п.) и может  вызывать стробоскопический эффект на вращающихся предметах. Электронные  балласты полностью исключают эту  проблему, так что на сегодняшний  день их можно рекомендовать для  большинства применений.

Люминесцентный свет в  настоящее время абсолютно доминирует на рынке внутреннего освещения  общественных зданий. Несмотря на стремительно развивающегося конкурента - светодиодные системы - традиционные люминесцентные лампы будут удерживать свои позиции  еще много лет. В последнее  время наблюдается также тенденция  активного проникновения люминесцентного света в бытовые и дизайнерские применения. Ранее этот процесс сдерживался в основном несовершенством конструкции и не вполне удачной цветовой гаммой старого модельного ряда ламп.

          1. 4 Светодиоды

Полупроводниковые светоизлучающие  приборы - светодиоды - называют источниками  света будущего. Если говорить о  современном состоянии «твердотельной светотехники», можно констатировать, что она выходит из периода  младенчества. Достигнутые характеристики светодиодов (для белых светодиодов  световая отдача до 25 Лм/Вт при мощности прибора до 5 Вт, Ra=80-85, срок службы 100 000 часов) уже обеспечили лидерство  в светосигнальной аппаратуре, автомобильной  и авиационной технике. Светодиодные источники света стоят на пороге вторжения на рынок общего освещения, и это вторжение нам предстоит  пережить в ближайшие годы.

По сравнению с другими  электрическими источниками света светодиоды имеют следующие отличия:

1. Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной лампе с холодным катодом.
2. Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).
3. Длительный срок службы. Но и он не бесконечен - при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.
4. 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.
5. Малая инерционность.
6. Малый угол излучения - также может быть как достоинством, так и недостатком.
7. Низкая стоимость.
8. Безопасность - не требуются высокие напряжения.
9. Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

1.5 Энергосберегающие лампы

С устройством лампы накаливания  знакомы многие. Под действием  электрического тока вольфрамовая нить в лампочке раскаляется до яркого свечения. Но не все знают, как устроена энергосберегающая лампа.

Энергосберегающие лампы  состоят из колбы, наполненной порами ртути и аргоном, и пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность  колбы нанесено специальное вещество, называемое люминофор. Люминофор, это  такое вещество, при воздействии  на которое ультрафиолетовым излучением, начинает излучать видимый свет. Когда  мы включаем энергосберегающую лампочку, под действием электромагнитного  излучения, поры ртути, содержащиеся в  лампе, начинают создавать ультрафиолетовое излучение, а ультрафиолетовое излучение, в свою очередь, проходя через  люминофор, нанесенный на поверхность  лампы, преобразуется в видимый  свет.

а) Преимущества энергосберегающих ламп

Экономия электроэнергии. Коэффициент полезного действия у энергосберегающей лампы очень  высокий и световая отдача примерно в 5 раз больше чем у традиционной лампочки накаливания. Например, энергосберегающая  лампочка мощностью 20 Вт создает световой поток равный световому потоку обычной  лампы накаливания 100 Вт. Благодаря  такому соотношению энергосберегающие  лампы позволяют экономить экономию на 80% при этом без потерь освещенности комнаты привычного для вас. Причем, в процессе долгой эксплуатации от обычной лампочки накаливания световой поток со временем уменьшается из-за выгорания вольфрамовой нити накаливания, и она хуже освещает комнату, а у энергосберегающих ламп такого недостатка нет.

Долгий срок службы. По сравнению  с традиционными лампами накаливания, энергосберегающие лампы служат в несколько раз дольше. Обычные  лампочки накаливания выходят из строя по причине перегорания  вольфрамовой нити. Энергосберегающие  лампы, имея другую конструкцию и  принципиально иной принцип работы, служат гораздо дольше ламп накаливания  в среднем 5-15 раз. Это примерно от 5 до 12 тысяч часов работы лампы. Благодаря тому, что энергосберегающие лампы служат долго и не требуют частой замены, их очень удобно применять в тех местах, где затруднен процесс замены лампочек, например в помещениях с высокими потолками или в люстрах со сложными конструкциями, где для замены лампочки приходится разбирать корпус самой люстры.

Низкая теплоотдача. Благодаря  высокому коэффициенту полезного действия у энергосберегающих ламп, вся  затраченная электроэнергия преобразуется  в световой поток, при этом энергосберегающие  лампы выделяют очень мало тепла. В некоторых люстрах и светильниках опасно использовать обычные лампочки накаливания, из-за того что они выделяя  большое количества тепла могут  расплавить пластмассовую часть  патрона, прилегающие провода или  сам корпус, что в свою очередь  может привести к пожару. Поэтому  энергосберегающие лампы просто необходимо использовать в светильниках, люстрах и бра с ограничением уровня температуры.

б) Недостатки энергосберегающих ламп

Единственным и значительным недостатком энергосберегающих  ламп по сравнению с традиционными  лампами накаливания является их высокая цена. Цена энергосберегающей  лампочки в 10-20 раз больше обычной  лампочки накаливания. Но энергосберегающая  лампочка неспроста называется энергосберегающей. Учитывая экономию на электроэнергии при использовании этих ламп и с их срок службы, в итого, применение энергосберегающих ламп станет для вас и вашего бюджета более выгодным.

Есть еще одна особенность  применения энергосберегающих ламп, которую нужно отнести к их недостатку. Энергосберегающая лампа  наполнена внутри парами ртути. Ртуть  считается опасным ядом. Поэтому  очень опасно разбивать такие  лампы в квартире и помещении. Следует быть очень осторожными  при обращении с ними. По той  же причине энергосберегающие лампы  можно отнести к экологически вредным, и поэтому они требуют  специальной утилизации, а выбрасывать  такие лампы, по сути, запрещено. Но почему-то при продаже энергосберегающих  ламп в магазине, продавцы не объясняют, куда их потом девать.

в) Мощность

Энергосберегающие лампы  изготавливают с различной мощностью. Диапазон мощностей варьируется  от 3 до 90 Вт. Следует учитывать, что  коэффициент полезного действия у энергосберегающей лампы очень  высокий и световая отдача примерно в 5 раз больше чем у традиционной лампочки накаливания. Поэтому при  выборе энергосберегающей лампы, надо придерживаться правила - делить мощность обычной лампы накаливания на пять. Если вы в своей люстре или  светильнике применяли обычную  лампочку накаливания мощностью 100 Вт, вам будет достаточно приобрести энергосберегающую лампочку мощностью 20 Вт.

д) Вредны ли энергосберегающие  лампы?

Спор по поводу вреда люминесцентных ламп идет наверное со времени их изобретения (энергосберегающие тоже люминесцентные). Первым аргументом было то, что они  якобы вредны для глаз. Как пример приведу обычные трубчатые типа ЛД, ЛБ и проч. Возможно, поначалу, это  так и было потому, что люминесцентная лампа, в отличие от лампы накаливания 50 раз в секунду перезажигается то есть гаснет и зажигается вновь) глаз практически не замечает этого, однако глаза могут быстро уставать. В дальнейшем стали в основном применять светильники с двумя лампами, причем напряжение у одной из ламп сдвинуто по фазе конденсатором, то есть в тот момент, когда одна из ламп пригасает, вторая, наоборот, находится на пике своего излучения и наоборот. То есть, таким образом, исключилась пульсация света. Современные энергосберегающие лампы практически не пульсируют (это благодаря электронному ПРА, встроенному в лампу).

Свет люминесцентных ламп (особенно трубчатых) для зрения лучше, чем свет ламп накаливания - не такой  резкий и более равномерный (при  условии применения светильников с  двумя лампами). Свое мнение по поводу комфортности люминесцентного света  высказывают люди, сделавшие операции на глазах (для большинства такой  свет комфортней).

По поводу ультрафиолетового  излучения можно частично согласиться. Действительно, свечение люминофора, которым  покрыта трубка лампы, происходит в  ультрафиолетовом свете, люминофор  просто увеличивает светоотдачу  и исправляет спектр свечения (невидимое  УФ излучение преобразует в видимое). Но ультрафиолетовое излучение не проходит через обычное силикатное стекло (из которого и сделаны трубки ламп). Оно проходит только через кварцевое. Поэтому, даже с учетом того, что  трубки сделаны из очень тонкого  стекла, говорить о данных лампах, как  об источнике интенсивного УФ излучения  некорректно. Тем более, если лампы  установлены в светильники со стеклянными плафонами, УФ излучение  не может проходить через них  вообще.

И, наконец, третий аргумент вредности ЛЛ - наличие в них  ртути. С этим сложно поспорить, действительно  ртуть в них есть, правда в очень  мизерных количествах (скажем, ртути  из обычного медицинского термометра хватит на изготовление, пожалуй, более  пары сотен таких ламп). И здесь  надо иметь в виду, что с лампами  надо обращаться осторожно, даже после  их использования.

Конечно, одного-двух раз  вдыхания паров ртути из разбившейся  лампы недостаточно, чтобы вызвать  хроническое отравление.

Но, тем не менее, надо решать вопрос с утилизацией. Здесь проще  всего сдавать лампы в те же магазины, где их вам. За это магазин  будет брать некоторую плату, впрочем, она может идти в зачет  при покупке новой (как стеклотару меняли в свое время).

е) Внутренняя компоновка и  электрическая схема энергосберегающей  лампы

1.6 Лазер

 По сравнению с другими источниками света лазер обладает рядом уникальных свойств, связанных с когерентностью и высокой направленностью его излучения. Излучение «нелазерных» источников света не имеет этих особенностей. Мощность, излучаемая нагретым телом, определяется его температурой. Мощность излучения быстро растет с увеличением температуры, и для высоких температур достигает весьма больших величин. Так, каждый 1 см поверхности Солнца (Т = 5800 К) излучает мощность W = 6,4×103 вт. Однако излучение теплового источника распространяется по всем направлениям от источника, т. е. заполняет телесный угол 2?рад. Формирование направленного пучка от такого источника, осуществляемое с помощью системы диафрагм или оптических систем, состоящих из линз и зеркал, всегда сопровождается потерей энергии. Никакая оптическая система не позволяет получить на поверхности освещаемого объекта мощность излучения большую, чем в самом источнике света.

Заключение

 В начале XIX в. было обнаружено, что выше (по длине волны) красной части спектра видимого света находится невидимый глазом инфракрасный участок спектра, а ниже фиолетовой части спектра видимого света находится невидимый ультрафиолетовый участок спектра. Длины волны инфракрасного излучения заключены в пределах от 3·10-4 до 7,6·10-7 м. Наиболее характерным свойством этого излучения является его тепловое действие. Источником инфракрасного излучения является любое тело. Интенсивность этого излучения тем выше, чем больше температура тела. Инфракрасное излучение исследуют с помощью термопар и болометров. На использование инфракрасного излучения основан принцип действия приборов ночного видения. Длины волн ультрафиолетового излучения заключены в пределах от 4·10-7 до 6·10-9 м. Наиболее характерным свойством этого излучения является его химическое и биологическое действие. Ультрафиолетовое излучение вызывает явление фотоэффекта, свечение ряда веществ (флуоресценцию и фосфоресценцию). Оно убивает болезнетворные микробы, вызывает появление загара и т.д. В науке инфракрасное и ультрафиолетовое излучения используются для исследования молекул и атомов вещества. На экране за преломляющей призмой монохроматические цвета в спектре располагаются в следующем порядке: красный (имеющий наибольшую среди волн видимого света длину волны lк=7,6·10-7 м и наименьший показатель преломления), оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый (имеющий наименьшую в видимом спектре длину волны lф=4·10 -7 м и наибольший показатель преломления). Итак, спектральный анализ применяется почти во всех важнейших сферах человеческой деятельности. Таким образом, спектральный анализ является одним из важнейших аспектов развития не только научного прогресса, но и самого уровня жизни человека.

Список использованной литературы:

1. Физический практикум  «Электричество и магнетизм»  под редакцией профессора В.И.  Ивероновой. Издательство «Наука»,  М.- 1968г.

. Д.В. Сивухин, «Общий  курс физики. Атомная и ядерная  физика. Часть 1. Атомная физика».  Издательство «Наука», Москва - 1986г.

. Н.Н. Евграфова, В.Л.  Каган «Курс физики для подготовительных  отделений вузов». Издательство  «Высшая школа», Москва - 1978г.

. Б.М. Яворский, Ю.А.Селезнев  «Справочное руководство по физике  для поступающих в вузы и  самообразования». Издательство «Наука»,  Москва - 1984г.