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 - 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.

Тепловые

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

Люминесцентные

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.

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 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.

Для искусственного освещения применяются различные источники света. По роду питающей их энергии различают электрические и неэлектрические источники света, по способу получения излучения — температурные и люминесцентные. Электрические источники света завоевали всеобщее признание. Преимущества электрических источников света перед неэлектрическими заключаются прежде всего в том, что они гораздо гигиеничнее последних, имеют несравненно большую световую отдачу (силу света и яркость), а также надежны в эксплуатации и обеспечивают возможность устройства гигиенически рационального освещения.

Электрические источники света по виду излучения подразделяются на три группы: а) лампы накаливания; б) газоразрядные лампы; в) смешанные источники света, совмещающие различные виды излучения (так, например, лампа солнечного света и др.).

В современных, наиболее совершенных лампах накаливания для повышения их экономичности применяется биспиральная нить накаливания, а колбы наполняют смесью малотеплопроводных газов — криптоном и ксеноном. С целью уменьшения яркости нити накаливания и приближения спектра излучения к дневному в первом случае изготовляют лампы с колбами либо из матового и молочного стекла, либо с колбами из светло-голубого стекла. Такие лампы имеют ряд гигиенических преимуществ по сравнению с лампами, имеющими колбы из прозрачного бесцветного стекла.

В газоразрядных лампах используют излучение газов или паров металла, возникающее под действием проходящего через них электрического тока. Для общего освещения линейный спектр большинства газоразрядных ламп является недостатком, так как при таком освещении происходит искажение цвета предметов. Применение люминофоров в сочетании с газовым разрядом позволило создать источники света, дающие излучение с почти непрерывным спектром любого состава, обладающие при этом высокой световой отдачей. Особенно широкое распространение получили осветительные люминесцентные лампы, дающие свет, близкий к белому, или дневному.

Люминесцентные лампы представляют собой цилиндрические стеклянные трубки, вн утренняя поверхность которых покрыта тонким равномерным слоем люминофора. В оба конца трубки впаяны электроды. В лампу вводят капельку ртути и инертный газ при давлении в несколько миллиметров ртутного столба.

Таким образом, современные люминесцентные лампы представляют собой газоразрядные ртутные лампы низкого давления, в которых ультрафиолетовое излучение, возникающее при прохождении электрического тока через пары ртути, превращается при помощи светосоставов (люминофоров), нанесенных на внутреннюю поверхность колбы, в видимое излучение. Применяя различные люминофоры или их смеси, получают лампы с излучением любого спектрального состава.

В настоящее время выпускают четыре основных типа ламп, отличающихся по цвету излучения:

1. лампы дневного света (ДС);
2. лампы холодно-белого света (ХБС);
3. лампы белого света (БС);
4. лампы тепло-белого света (ТБС).

На рис. 124 даны спектральные характеристики этих типов ламп.

Рис. 124. Спектральные характеристики люминесцентных ламп типа ДС, ХБС, БС, ТБС.

В люминесцентных лампах в среднем 20% потребляемой энергии превращается в видимое излучение. Это в 2-2,5 раза больше, чем в лампах накаливания. Световая отдача люминесцентных ламп дневного света составляет от 33 до 42,5 лм/вт, а люминесцентных ламп белого света она еще выше — до 52,5 лм/вт, т. е. в 3-3,5 раза выше, чем в лампах накаливания. Характерным для всех упомянутых выше ламп является недостаточное излучение в красной части спектра.

Яркость трубки люминесцентных ламп, дающих свет, близкий к белому или дневному, составляет от 3000 до 9000 нт. Особенностью люминесцентных ламп является возможность получения спектра излучения, близкого к спектру дневного света. Это новое качество важно в гигиеническом отношении. Не меньшее гигиеническое значение имеет еще и то, что яркость трубки в люминесцентных лампах во много раз меньше, чем яркость нити накала электрических ламп накаливания. Кроме того, при освещении люминесцентными лампами получается почти полное отсутствие теней и бликов на освещаемой поверхности, т. е. те качественные преимущества, которые нельзя достичь без применения специальных арматур от ламп накаливания.

Люминесцентные лампы не лишены недостатков. Существенный недостаток люминесцентных ламп, питаемых переменным током, состоит в периодичности колебаний светового потока до 100 раз в секунду.

Смешанные источники излучения совмещают оба вида излучения.

К ним относятся дуговые лампы, лампы солнечного света и др. Все эти источники также содержат ультрафиолетовые лучи. Большого внимания с гигиенической точки зрения заслуживает лампа искусственного солнечного света.

В настоящее время нашей промышленностью разработаны источники света, дающие одновременно видимое и эритемное излучение и не требующие для своего включения пусковых приспособлений — ртутно-вольфрамовые лампы (РВЭ-350).

Светильники

Светильники — приборы, которые состоят из источника света и осветительной арматуры. Для освещения должны применяться светильники, а не источники света — лампы.

В осветительных установках создание заданной величины освещенности и требуемого распределения яркости в поле зрения невозможно без осветительной арматуры, главной задачей которой является перераспределение светового потока и ослабление блеского действия источника света. Она бывает отражающей, преломляющей и рассеивающей. По принятой в СССР светотехнической классификации светильники общего освещения делились на три класса: П — прямого света, О — отраженного света и Р — рассеянного света.

Схематически действие светильников различных классов, применяемых для общего освещения, показано на рис. 125.

Рис. 125. Особенности распределения светового потока при употреблении светильников различных классов.

При освещении помещения светильниками прямого света потолок и верхняя часть стен остаются затененными или в крайнем случае слабо освещенными. Особенностью применения светильников прямого света являются жесткие тени.

Светильники прямого света применяются для освещения высоких цехов, подсобных помещений и санитарных узлов. Освещение светильниками прямого света наименее благоприятно в отношении гигиены зрения. Оно создает большую неравномерность освещения и резкие тени.

Светильники рассеянного света характеризуются тем, что световой поток ими распределяется в верхнюю и нижнюю полусферы так, что в одну из них излучается более 10%, а в другую — менее 90%. Тени в этом случае становятся более мягкими. Такие светильники могут быть рекомендованы для освещения общественных зданий.

Светильники отраженного света характеризуются тем, что весь световой поток направляется ими кверху. Освещение отраженным светом рекомендуется для парадных комнат, конференц-залов, актовых залов и т. п. Отраженное освещение, создавая равномерность освещения, отсутствие теней и слепящих бликов, наиболее благоприятно для зрения.

В светильниках с люминесцентными лампами применяются в качестве затенителя решетки, создающие необходимый защитный угол в плоскости оси лампы. Защитным углом светильника называется угол, образуемый горизонталью, проходящей через тело накала лампы, и линией, соединяющей наиболее удаленную точку тела накала с противолежащей по отношению к ней точкой края отражателя (рис. 126).

Рис. 126. Иллюстрация защитного угла светильника.

Санитарно-гигиеническую оценку светильников производят, исходя из того, насколько они:

1. обеспечивают требуемую освещенность и равномерность ее на освещаемой поверхности;
2. защищают глаза от блескости;
3. дают нужное перераспределение светового потока;
4. обеспечивают возможность в нужных случаях изменить спектр источника света.

Защита глаз от блескости (ограничение ослепленности) достигается созданием достаточного защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильника, применением для экранирования источника света рассвивающих свет материалов, а также применением ламп с колбами из матового стекла. Блескость светильника определяется его силой света и яркостью.

Требования, предъявляемые к качественным и количественным характеристикам искусственного освещения, определяются многими условиями; они различны в зависимости от назначения помещений, характера зрительной работы и возраста обитателей этих помещений. Искусственное освещение закрытых помещений осуществляется либо системой одного общего освещения, либо системой комбинированного освещения, общим и местным одновременно.

При высоте комнат 2,7-3 м наивыгоднейшая высота подвеса светильников близка к строительной высоте. Такая же высота подвеса светильников, а именно 2,8 м от пола, регламентируется правилами ограничения ослепленности.

Задача выбора рационального варианта размещения светильников сводится к определению расстояния между светильниками, при котором обеспечивается наибольшая равномерность освещения.;

В настоящее время промышленностью выпускаются специальные типы светильников для промышленных и общественных зданий (лечебных учреждений, школ и т. п.).

Лечебные учреждения

Для лечебных учреждений (больницы, поликлиники и т. п.) рекомендуются в основном светильники двух типов.

1. В палатах больниц для общего освещения желательно применение светильников полностью отраженного света, устанавливаемых в центральной части потолка, и светильников местного освещения, устанавливаемых у изголовья кроватей больных.

Рекомендуемый тип светильников общего освещения — ПФ-ОО. Светильник рассчитан для работы с двумя лампами накаливания 60 вт каждая и имеет рассеиватель из молочного накладного стекла. Отражатель светильника снаружи и изнутри окрашен белой эмалевой краской. Светильники ПФ-00 выпускаются Рижским светотехническим заводом (рис. 127).

Рис. 127. Светильник ПФ-ОО.

2. В кабинетах врачей и других помещениях поликлиник и больниц (лаборатории, помещения для приготовления лекарств, процедурные кабинеты и т. п.) целесообразно применять кольцевые светильники типа СК-300, КСО-1, ПМ-1, С-178 и потолочные кольцевые светильники.

Рис. 128. а — кольцевой светильник типа СК-300; б — кольцевой светильник типа КСО-1.

СК-300 (рис. 128, а) — подвесной кольцевой светильник, преимущественно отраженного светораспределения. Светильник рассчитан для работы с лампой накаливания 300 вт и имеет пять металлических экранирующих колец; нижнее кольцо перекрыто силикатным молочным стеклом, окрашен белой эмалевой краской. Светильник выпускается заводом «Электросвет» имени П. Н. Яблочкова (Москва).

КСО-1 (рис. 128, б) — подвесной кольцевой светильник отраженного света. Светильник рассчитан для работы с лампой накаливания 300 вт и имеет два экранирующих кольца и чашу, закрывающую снизу лампу. Экранирующие кольца и чаша покрыты белой силикатной эмалью. Светильник выпускается Луганским заводом электромонтажных изделий № 6.

Рис. 129. а — подвесной кольцевой светильник рассеянного света типа ПМ-1; б — потолочный кольцевой светильник рассеянного света С-178.

ПМ-1 (рис. 129, а) — подвесной кольцевой светильник рассеянного света. Светильник рассчитан для работы с лампой накаливания 300 вт и имеет четыре экранирующих кольца, скрепленных четырьмя кронштейнами, окрашен белой эмалевой краской. Выпускается Рижским светотехническим заводом.

С-178 (рис. 129, а) — потолочный кольцевой светильник рассеянного света. Светильник рассчитан для работы с лампами накаливания 75 и 100 вт и имеет три экранирующих кольца, скрепленных между собой; окрашен белой эмалевой краской. Светильник выпускается Казанским заводом электромонтажных изделий.

Рис. 130. Потолочный кольцевой светильник.

Потолочный кольцевой светильник (рис. 130) рассчитан для работы с лампой накаливания 150 вт и имеет отражатель и экранирующую решетку из пяти концентрических колец, скрепленных между собой тремя ребрами, которая крепится к отражателю на трех крючках. Внутренняя поверхность отражателя и экранирующая решетка окрашены белой эмалевой краской. Светильник выпускается 5-м Механическим заводом (Москва).

Школьные здания

Для освещения школьных классов лампами накаливания рекомендуются кольцевые светильники типа СК-300 и КСО-1. Из светильников с люминесцентными лампами для освещения школьных классов применяются светильники серии ШОД. Это — подвесные светильники рассеянного света, рассчитанные на две люминесцентные лампы по 40 или 80 вт каждая. Светильник имеет экранирующую решетку, состоящую из одной продольной и ряда поперечных планок. Сбоку вдоль светильника в пазах решетки установлены плоские рассеиватели из опалового стекла. Корпус светильника и экранирующая решетка окрашены белой диффузной краской. Светильники выпускаются Рижским светотехническим заводом, а также начато их производство на заводах Пермского и Мордовского совнархозов (рис. 131).

Рис. 131. Светильник с люминесцентными лампами для освещения школьных классов.

Промышленные предприятия

1. Для помещений с нормальными пыльностью и влажностью применяются светильники типа «Универсаль», рассчитанные для работы с лампами накаливания 150, 200 и 500 вт. Светильники выпускаются заводами Тульского совнархоза, Луганским заводом электромонтажных изделий и артелью «Электротехник» (Ленинград).

Светильники типа «Глубокоизлучатель» рассчитаны для работы с лампами накаливания 1000 и 500 вт. Эти светильники выпускаются Луганским заводом электромонтажных изделий.

В настоящее время все чаще начинают применяться для освещения производственных помещений светильники с люминесцентными лампами.

Рис. 132. Светильник с люминесцентными лампами для промышленных предприятий.

Для помещений с нормальными пыльностью и влажностью рекомендуются светильники серии ОД и ОДЛ; светильники серии ОД (рис. 132) в двух вариантах: со сплошным отражателем (шифр ОД) и с отражателем, в верхней части которого сделаны отверстия (шифр ОДО). Последний 15% светового потока направляет вверх. Светильники выпускаются на две и четыре люминесцентные лампы, 30 или 40 вт каждая. Светильники выпускаются заводами Латвийского, Татарского и Пермского совнархозов (с лампами по 30 вт) и заводами Латвийского, Ростовского и Кемеровского совнархозов (с лампами по 40 вт).

Светильники серии ОДЛ выпускаются заводом ламп дневного света Управления металлообрабатывающей промышленности (Москва). Светильники выпускаются на две или три люминесцентные лампы, 15 и 30 вт каждая. Светильники обеих серий, ОД и ОДЛ, выпускаются как с экранирующей решеткой, так и без нее.

2. Для производственных помещений с повышенными влажностью, содержанием пыли и химически активной средой рекомендуются светильники в пылезащитном исполнении и уплотненные светильники. Это — светильники типа «Универсалы» в пылезащитном исполнении и светильники типа СХ — изделия завода «Электросвет» имени П. Н. Яблочкова (Москва).

Из светильников с люминесцентными лампами рекомендуются светильники серии ТН (в частности, для освещения производственных помещений типографии). Светильники выпускаются на две и три люминесцентные лампы, 30 и 40 вт каждая. Светильники выпускаются Ленинградским литейно-механическим заводом, Металлообрабатывающим заводом Владимирского совнархоза (ст. Денисово) и Механическим заводом в Костроме.

Источники света

излучатели электромагнитной энергии в видимой (или оптической, т. е. не только видимой, но и ультрафиолетовой и инфракрасной) области спектра. Естественными И. с. являются Солнце, Луна, звёзды, атмосферные электрические разряды и др., искусственными - устройства, превращающие энергию любого вида в энергию видимых (или оптических) излучений.

Различают тепловые И. с., в которых свет возникает при нагревании тел до высокой температуры, и люминесцентные, в которых свет возникает в результате превращения тех или иных видов энергии непосредственно в оптическое излучение, независимо от теплового состояния излучающего тела. Искусственные И. с. могут подразделяться: по роду используемой энергии на химические, электрические, радиоактивные и др., по назначению на осветительные, сигнальные и т. п. Каждый из типов, в свою очередь, может классифицироваться по различным дополнительным признакам, например по конструктивно-технологическим, эксплуатационным и др.

Первые искусственные И. с. (костёр, лучина, факел) появились в глубокой древности. До конца 19 в. применялись в основном тепловые И. с., основанные на сжигании горючих веществ (свечи, масляные и керосиновые лампы, калильные сетки). Излучение в них создаётся раскалёнными в пламени мельчайшими частицами твёрдого углерода или калильными сетками. Они дают непрерывный спектр излучения. Их световая отдача очень мала и не превышает 1 лм /вт (теоретический предел для белого света около 250 лм /вт ).

В конце 19 в. появились первые практически пригодные электрические И. с., в создание которых большой вклад внесли русские учёные П. Н. Яблочков , В. Н. Чиколев , А. Н. Лодыгин и др. С начала 20 в. электрическая Лампа накаливания благодаря экономичности, гигиеничности и удобству в эксплуатации начинает быстро и повсеместно вытеснять И. с., основанные на сжигании. Современная электрическая лампа накаливания - тепловой И. с., в котором излучение создаётся спиралью из вольфрамовой проволоки, накалённой до высокой температуры (около 3000 К) проходящим через неё электрическим током. Лампы накаливания - наиболее массовые И. с. Их светоотдача составляет 10-30 лм /вт.

В радиоизотопных И. с. люминофор возбуждается продуктами радиоактивного распада некоторых изотопов, например трития. Эти И. с. не требуют внешнего источника энергии, имеют большой срок службы, но дают небольшие световые потоки малой яркости. В принципе возможны хемилюминесцентные И. с., в которых люминесценция возникает в результате превращения энергии химических реакций в излучение (например, как при свечении, наблюдаемом в животном и растительном мире, - глубоководные рыбы, светлячки и др.). Подробнее см. ст. Люминесценция .

Совершенно новый тип И. с. представляют собой Лазер ы, которые дают когерентные световые пучки высоких интенсивностей, исключительной однородности по частоте и острой направленности.

Лит.: Иванов А. П., Электрические источники света, ч. 1-2, М.-Л., 1938-48; Шателен М. А., Русские электротехники второй половины XIX века, М.-Л., 1950; Рохлин Г. Н., Газоразрядные источники света, М.-Л., 1966; Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия, М., 1969.

Г. Н. Рохлин.

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Книги

• , Г. Н. Рохлин. Первое издание книги вышло в 1966 году. Второе издание переработано и значительно дополнено с учетом современного состояния и тенденций развития разрядных источников оптического излучения.…
• К берегам Нового Света , Л. А. Шур. В настоящем издании впервые публикуются извлеченные из различных архивов нашей страны путевые записки и дневники русских путешественников Ф. Ф. Матюшкина, Ф. П. Литке и Ф. П. Врангеля,…

Об окружающеммире дает нам зрение. Однако видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет. С этого параграфа мы начинаем изучение световых, или оптических (греч. optikos - зритель­ный) явлений, т. е. явлений, непосредственно связанных со светом.

1. Наблюдаем свтовые явления

Co световыми явлениями мы встречаемся каждый день на протяже­нии всей жизни, ведь они являются частью естественных условий, в кото­рых мы живем. Некоторые из световых явлений кажутся нам настоящим чудом - например, миражи в пустыне, полярные сияния. Тем не менее, согласитесь, что и более привычные для нас световые явления: блеск ка­пельки росы в солнечных лучах, лунная дорожка на плесе, семицветный мост радуги после летнего дождя, молния в грозовых тучах, мерцание звезд в ночном небе - тоже являются чудом, так как они делают мир вокруг нас замечательным, полным волшебной красоты и гармонии.

2. Выясняем, что такое источники света

• Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источ­никами света.

Оглянитесь вокруг, обратитесь к своему опыту - и вы, без сомнения, назовете много источников света: Солнце, вспышка молнии, огонь костра, пламя свечи, лампа накаливания, экран телевизора, монитор компьютера и т. п. (рис. 3.1). Свет могут излучать также организмы (некоторые морские животные, светлячки и др.).

Рис. 3. Некоторые источники света

В ясную лунную ночь мы можем доволь­но хорошо видеть предметы, освещенные лун­ным сиянием.

3. Различаем естественные и искусственные источники света

В зависимости от происхождения раз­личают естественные и искусственные (со­зданные человеком) источники света.

К естественным источникам света отно­сятся, например, Солнце и звезды, раскален­ная лава и полярные сияния, некоторые све­тящиеся объекты среди животных и растений: глубоководная каракатица, радиолярия, светя­щиеся бактерии и т. п. Так, в теплую летнюю ночь в лесной траве можно увидеть яркие пят­нышки света - светлячков.

Не могут полностью удовлетворить все возрастающую потребность че­ловека в свете. И потому еще в древности люди начали создавать искусственные источники све­та. Сначала это были костер и лучина, позднее появились свечи, масляные и керосиновые лам­пы. В конце XIX века была изобретена электри­ческая лампа. Сегодня различные виды электри­ческих ламп используют повсюду (рис. 3.2-3.4).

В помещениях мы обычно используем лампы накаливания. К сожалению, они недо­статочно экономны: в таких лампах большая часть электрической энергии расходуется на нагревание самой лампы и окружающего воз­духа и только 3-4 % энергии превращается в световую. В последние годы, однако, появи­лись новые, в несколько раз более экономные конструкции электрических ламп.

Большие помещения (супермаркеты, цеха предприятий и т. п.) освещаются источниками света в виде длинных трубок - лампами днев­ного света. Для разноцветной иллюминации, которой ночью подсвечены некоторые дома, торговые центры и т. п., используют неоновые, криптоновые и другие лампы.

Рис. 3.2 Для освещения стадио­нов используют дуговые лампы

Рис. 3.3. Мощными источниками искусственного света являются галогенные лампы в фарах совре­менного автомобиля

Рис. 3.4.Сигналы современных светофоров хорошо видны даже тогда, когда солнце светит ярко. В таких светофорах лампы нака­ливания заменены светодиодами

4. Знакомимся с тепловыми и люминесцентными источниками света

В зависимости от температуры источников света их разделяют на тепловые и люминесцентные.

Солнце и звезды, раскаленная лава и лампа накаливания, пламя кост­ра, свечи, газовые горелки и т. п. - все это примеры тепловых источников света: они излучают свет благодаря тому, что имеют высокую собственную температуру (рис. 3.5).

Люминесцентные источники света отличаются от тепловых тем, что для их свечения не нужна высокая температура: световое излучение может быть довольно интенсивным, а источник при этом остается относительно хо­лодным.

Примерами люминесцентных источников является экран телевизора, монитор компьютера , лампы дневного света, указатели и дорожные знаки, покрытые люминесцентной краской, световые индикаторы, некоторые организмы, а также полярные сияния.

5. Узнаем о точечных и протяженных источниках света

В зависимости от соотношения размера источника света и расстояния от него до приемника света различают точечные и протяженные ис­точники света.

Источник света считается точечным, если его размер относительно невелик по сравнению с расстоянием от него до приемника света.

В противоположном случае источник счи­тается протяженным.

Таким образом, один и тот же источник света в зависимости от условий может счи­таться как протяженным, так и точечным.

Так, когда мы находимся в кухне, то лампа дневного света (трубка длиной 0,5-I м), кото­рая ее освещает, является для нас протяжен­ным источником света. Если же мы попробуем посмотреть на ту же лампу снаружи (напри­мер, из скверика напротив дома, с расстояния 100-150 м от источника света), то лампа будет представлять собой точечный источник.

Таким образом, к точечным источникам света можно отнести даже огромные звезды, которые по размеру намного больше, чем Солн­це, - в том случае, если наблюдать их с Зем­ли, с расстояния, которое в миллионы раз пре­вышает размеры этих звезд.

6. Характер изуем приемники света

Вы, наверное, уже догадались, что уст­ройства, с помощью которых можно обнару­жить световое излучение, называют прием­никами света (рис. 3.6).

Естественными приемниками света явля­ются глаза живых существ.

Получая с помощью этих приемников ин­формацию, организм определенным образом реагирует на изменения в окружающей среде.

Так, войдя из темноты в ярко освещенную ком­нату, мы, конечно, зажмурим глаза, а увидев ночью свет фар автомобиля поблизости, обяза­тельно остановимся возле дороги.

Аналогичную глазам функцию выполняют искусственные приемники света. Так, фото­электрическими приемниками света - фотодио­дами - оборудованы, например, турникеты для прохождения пассажиров в метро, на вокзалах и т. п. Искусственные фотохимические прием­ники - это фото- и кинопленка, фотобумага.

Предлагаем вам самим ответить на вопрос о пользе таких фотохимических приемников.

Рис. 1.6. Приемники света

• Подводим итоги

Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называ­ют источниками света.

Источники света бывают: тепловые и люминесцентные; естественные и искусственные; точечные и протяженные. Например, полярное сияние - естественный, протяженный для наблюдателя на Земле, люминесцентный источник света.

Устройства, с помощью которых можно обнаружить световое излучение, называют приемниками света. Органы зрения живых существ - естествен­ные приемники света.

• Контрольные вопросы

1. Какую роль играет свет в жизни человека?

2. Что называют источ­никами света? Приведите примеры источников света.

3. Является ли Луна источником света?

4. На рисунке изображены различные источ­ники света. Какие из них вы отнесли бы к люминесцентным? тепловым?

5. Приведите примеры естественных и искусственных источников света.

6. Какие искусственные источники света встречаются чаще всего? При­ведите примеры использования этих источников в повседневной жизни, в технике.

7. При каких условиях источник света считают точечным? протяженным?

8. Какие устройства называют приемниками света?

• Упражнения

1. В каких из указанных случаев Солнце можно считать точечным источником света?

а) Наблюдение солнечного затмения;
б) измерение высоты солнца над землей;
в) наблюдение Солнца из космического корабля, летящего за преде­лами Солнечной системы;
г) определение времени с помощью солнечных часов.

2. В каждом из приведенных перечней определите лишнее слово или словосочетание. Объясните свой выбор.

а) Пламя свечи, Солнце, звезды, Земля, пламя костра;
б) экран включенного компьютера, молния, лампа накаливания, пламя свечи;
в) лампа дневного света, пламя газовой горелки, дорожные знаки, светлячки.

3. Одной из единиц длины, применяемых в астрономии, является свето­вой год. Один световой год равняется расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один год. Сколько метров составляет световой год, если скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000км/с?

4. За какое приблизительно время свет проходит расстояние от Солн­ца до Земли, равное 150 000 000 км? (Скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000 км/с.)

• Физика и техника в Украине

Выдающийся физик (1895- 1971) начинал свою научную деятельность в Крымском университете и в Одесском политехническом институте. Наиболее известное достижение академика И. Е. Тамма - теоретическое объяснение так называемого эффекта Черенкова. Эффект Черенкова - это слабое голубое свечение, издаваемое полупрозрачной средой при прохождении сквозь нее радиоактивного излучения. Теория Тамма лежит в основе работы детекторов быстрых заряженных частиц (черенковских счетчиков). За эти исследования И. Е. Тамм получил в 1958 году Нобелевскую премию по физике (совместно с И. М. Франко и П. О. Черенковым).

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издательство «Ранок», 2007. - 192 с.: ил.

Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендации

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.