Существуют природные, или естественные, источники света. Это Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды (например, молния). Луну также причисляют к источникам света, хотя правильнее было бы отнести её к отражателям света, так как она сама свет не излучает, а лишь отражает падающие на нее солнечные лучи. Естественные источники света существуют в природе независимо от человека.
Источники света. Люминесцентная пампа: 1 — контакты; 2 — стеклянная трубка, изнутри покрытая люминофором и наполненная инертным газом. Лампа накаливания: 1 — баллон; 2 — нить накала; 3 — держатель; 4 — цоколь. Ртутная газоразрядная лампа.
Электрическая дуга тоже может быть источником света.
Но есть множество источников света, создаваемых человеком. Это тела, вещества и устройства, в которых энергия любого вида при определенных, зависящих от человека условиях преобразуется в свет. Простейшие и древнейшие из них — костер, факел, лучина. В древнем мире (Египте, Риме, Греции) в качестве светильников использовали сосуды, наполненные животным жиром. В сосуд опускали фитиль (кусок веревки или скрученную в жгут тряпицу), который пропитывался жиром и горел довольно ярко.
В дальнейшем, вплоть до конца XIX в., основными источниками света служили свечи, масляные и керосиновые лампы, газовые фонари. Многие из них (например, свечи и керосиновые лампы) дожили до наших дней. Все эти источники света основаны на сжигании горючих веществ, поэтому их еще называют тепловыми. В таких источниках свет излучают мельчайшие раскаленные твердые частицы углерода. Их световая отдача очень мала — всего около 1 лм/Вт (теоретический предел для источника белого света около 250 лм/Вт).
Величайшим изобретением в области освещения было создание в 1872 г. русским ученым А. Н. Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампа Лодыгина представляла собой стеклянный сосуд с помещенным внутрь его угольным стержнем; воздух из сосуда откачивался. При пропускании по стержню электрического тока стержень разогревался и начинал светиться. В 1873 — 1874 гг. А. Н. Лодыгин проводил опыты по электрическому освещению кораблей, предприятий, улиц, домов. В 1879 г. американский изобретатель Т. А. Эдисон создал удобную для промышленного изготовления лампу накаливания с угольной нитью. С 1909 г. стали применять лампы накаливания с зигзагообразно расположенной вольфрамовой проволочкой (нить накаливания), а спустя 3–4 года вольфрамовую нить начали изготовлять в виде спирали. Тогда же появились первые лампы накаливания, наполненные инертным газом (аргоном, криптоном), что заметно повысило срок их службы. С начала XX в. электрические лампы накаливания благодаря экономичности и удобству в эксплуатации начинают быстро и повсеместно вытеснять другие источники света, основанные на сжигании горючих веществ. В настоящее время лампы накаливания стали наиболее массовыми источниками света.
Все многочисленные разновидности ламп накаливания (более 2000) состоят из одинаковых частей, различающихся размерами и формой. Устройство типичной лампы накаливания показано на рисунке. Внутри стеклянной колбы, из которой откачан воздух, на стеклянном или керамическом штенгеле при помощи держателей из молибденовой проволоки закреплена спираль из вольфрамовой проволоки (тело накала). Концы спирали прикреплены к вводам. В процессе сборки из колбы лампы через штенгель откачивают воздух, после чего её наполняют инертным газом и штенгель заваривают. Для крепления в патроне и подключения к электрической сети лампу снабжают цоколем, к которому подводят вводы.
Лампы накаливания различают по областям применения (осветительные общего назначения, для фар автомобилей, проекционные, прожекторные и т. д.); по форме тела накала (с плоской спиралью, биспиральные и др.); по размерам колбы (миниатюрные, малогабаритные, нормальные, крупногабаритные). Например, у сверхминиатюрных ламп длина колбы меньше 10 мм и диаметр меньше 6 мм, у крупногабаритных ламп длина колбы достигает 175 мм и более, а диаметр больше 80 мм. Лампы накаливания изготовляют на напряжения от долей до сотен вольт, мощностью до десятков киловатт. Срок службы ламп накаливания от 5 до 1000 ч. Световая отдача зависит от конструкции лампы, напряжения, мощности и продолжительности горения и составляет 10–35 лм/Вт.
В 1876 г. русский инженер П. Н. Яблочков изобрел дуговую угольную лампу переменного тока. Это изобретение положило начало практическому использованию электрического заряда для целей освещения. Созданная П. Н. Яблочковым система электрического освещения на переменном токе с применением дуговых ламп — «русский свет» — демонстрировалась на Всемирной выставке в Париже в 1878 г. и пользовалась исключительным успехом; вскоре во Франции, Великобритании, США были основаны компании по её использованию.
Начиная с 30‑х гг. XX в. получают распространение газоразрядные источники света, в которых используется излучение, возникающее при электрическом разряде в инертных газах или парах различных металлов, особенно ртути и натрия. Первые образцы ртутных ламп в СССР были изготовлены в 1927 г., а натриевых ламп — в 1935 г.
Газоразрядные источники света представляют собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным окном) оболочку цилиндрической, сферической или иной формы, содержащую газ, а иногда и некоторое количество паров металлов или других веществ. В оболочку впаяны электроды, между которыми и возникает электрический разряд.
Наиболее широко для освещения зданий и сооружений применяются люминесцентные лампы, в которых ультрафиолетовое излучение электрического разряда в парах ртути преобразуется при помощи особого вещества — люминофора — в видимое, т. е. в световое, излучение. Световая отдача в срок службы люминесцентных ламп в несколько раз больше, чем ламп накаливания того же назначения. Среди подобных источников света наибольшее распространение получили ртутные люминесцентные лампы. Выполняется такая лампа в виде трубки из стекла (см. рис.) с нанесенным на её внутреннюю поверхность слоем люминофора. С двух концов в трубку впаяны вольфрамовые спиральные электроды для возбуждения электрического разряда. В трубку же вводят каплю ртути и немного инертного газа (аргона, неона и др.), который увеличивает срок службы и улучшает условия возникновения электрического разряда. При подключении лампы к источнику переменного тока между электродами лампы возникает электрический ток, возбуждающий ультрафиолетовое свечение паров ртути, которое в свою очередь вызывает свечение люминофорного слоя лампы. Световая отдача люминесцентных ламп достигает 75–80 лм/Вт. Мощность их колеблется в пределах от 4 до 200 Вт. Срок службы превышает 10 тыс. ч. Длина люминесцентных ламп составляет от 130 до 2440 мм. По форме трубки различают лампы прямые, V‑образные, W‑образные, кольцевые, свечеобразные. Такие лампы широко применяются для освещения помещений, в копировальных аппаратах, в световой рекламе и т. д. Для освещения автострад применяют натриевые лампы со световой отдачей до 140 лм/Вт. Улицы освещаются обычно ртутными лампами со световой отдачей 80–95 лм/Вт. Для газоразрядных источников света кроме высокой световой отдачи характерны простота и надежность в эксплуатации.
Совершенно новый тип источника света представляют собой лазеры, которые дают световые пучки с острой направленностью, исключительно яркие и однородные по цвету. А будущее осветительных приборов лежит за светодиодами.
Лампа накаливания–источник света с излучателем в видепроволоки (нити или спирали) из тугоплавкогометалла (обычно вольфрама), накаливаемойэлектрическим током до температуры2 500–3 300К, близкой к температуре плавлениявольфрама (рис. 5). Световая отдача лампынакаливания10–35лм/Вт; срок службы до 2 тыс. ч. Этот видламп все еще преобладает и производитсяв широком ассортименте, несмотря наимеющиеся в производстве более экономичныеисточники света. По конструкции лампынакаливания бывают вакуумные(НВ),газонаполненные(НГ),биспиральные(НБ), биспиральныес криптоно-ксеноновым наполнением(НБК). Имеютсятакже зеркальныелампы,являющиеся лампами-светильниками.
Все большеераспространение получают галогенныелампынакаливания. Наличие в колбе лампы паровгалогенов (йода или брома), уменьшающихколичество испарения вольфрама, позволилоповысить температуру накала вольфрамовойнити, в результате чего световая отдачаувеличивается до 40 лм/Вт и спектризлучаемого света приближается кестественному. Кроме того пары вольфрама,испаряющегося с нити накала, соединяютсяс йодом и вновь оседают на нить, препятствуяее истощению. Срок службы этих лампувеличился до 3–5тыс. ч.Двухцокольныелинейныегалогенныелампы (рис.5, г)используются для освещения широкихповерхностей. Благодаря применениюупрочненных держателей, нити накалаобладают высокой устойчивостью кмеханическим воздействиям. Лампысовмещают в себе высокую светоотдачу,отличный коэффициент цветопередачи,постоянный световой поток в течениевсего срока службы, мгновенноеперезажигание, возможности регулировкияркости.
Преимуществалампнакаливания:
– малая стоимость;
– отсутствиенеобходимости пускорегулирующейаппаратуры, при включении зажигаютсяпрактически мгновенно;
– возможностьработы как на постоянном токе (любойполярности), так и на переменном;
– возможностьизготовления ламп на самое разноенапряжение(от долей вольта до сотенвольт);
– отсутствиетоксичных компонентов и как следствиеотсутствие необходимости инфраструктурыпо сбору и утилизации;
– отсутствиемерцания и гудения при работе напеременном токе;
– непрерывныйспектр излучения;
– устойчивость кэлектромагнитному импульсу;
– возможностьиспользования регуляторов яркости;
– независимостьработы от условий окружающей среды итемпературы;
– световой потокк концу срока службы снижаетсянезначительно (на 15 %).
Недостатки:
– низкая световаяотдача (в три–шесть раз меньше, чем угазоразрядных ламп);
– относительномалый срок службы;
– зависимостьсветовой отдачи и срока службы отнапряжения;
– цветоваятемпература лежит в пределах 2 300–2 900K (преобладаютжелтые и красные лучи, что искажаетцветопередачу, поэтому их не применяютпри работах, требующих различенияцветов);
– световойкоэффициент полезного действия лампнакаливания, определяемый как отношениемощности лучей видимого спектра кмощности, потребляемой от электрическойсети, весьма мал и не превышает 4 %;
– температураколбы галогенных ламп может достигать500 °С, поэтому при установке ламп следуетсоблюдать нормы противопожарнойбезопасности (например, обеспечитьдостаточное расстояние между поверхностьюперекрытия и подвесным потолком);
– обладают большойяркостью, но не дают равномерногораспределения светового потока, дляисключения прямого попадания света вглаза и вредного воздействия большойяркости на зрение нить накаливаниялампы необходимо закрывать;
– при примененииоткрытых ламп почти половина световогопотока не используется для освещениярабочих поверхностей, поэтому ЛНнеобходимо устанавливать в осветительнойарматуре.
Ограниченияимпорта, закупок и производства.Всвязи с необходимостью экономииэлектроэнергии и сокращения выбросауглекислого газа в атмосферу, во многихстранах введен или планируется вводзапрета на производство, закупку иимпорт ламп накаливания, с цельюстимулирования замены их на энергосберегающиелампы (компактные люминесцентные лампыи др.).
С1 сентября 2009 г. в Евросоюзе вступил всилу поэтапный запрет на производство,закупку магазинами и импорт лампнакаливания (за исключением специальныхламп). С 2009 г. запрет коснется лампмощностью≥ 100 Вт, ламп с матовойколбой ≥ 75 Вт и др.; ожидается, что к 2012г. будет запрещен импорт и производстволамп накаливания меньшей мощности.
23 ноября 2009 г.президент России подписал принятыйранее Госдумой закон «Об энергосбережениии повышении энергетической эффективностии о внесении изменений в отдельныезаконодательные акты РоссийскойФедерации». Согласно документу, с 1января 2011 г. к обороту на территориистраны не допускается продажа электрическихламп накаливания мощностью 100 Вт и более;с 1 января 2013 г. – электроламп мощностью75 Вт и более, а с 1 января 2014 г. – лампмощностью 25 Вт и более.
Основныехарактеристикиламп накаливания (ЛН) :
– номинальноезначение напряжения;
– номинальноезначение мощности;
– номинальноезначение светового потока (иногда силысвета);
– срок службы;
L,диаметр D).
Техническиеданные ламп накаливания приведены втабл. 1 прил. 2 .
В настоящее времявсе большее применение находятгазоразрядныелампы, вкоторых излучение оптического диапазонаспектра возникает в результатеэлектрического разряда в атмосфереинертных газов и паров металлов, а такжеза счет явлений люминесценции. Основнымпреимуществом газоразрядных лампявляется их экономичность. Световаяотдача этих ламп колеблется в пределах40…110 лм/Вт. Срок их службы доходит до 12тыс. ч. С их помощью легче создатьравномерное освещение, спектр ихизлучения ближе к естественному свету.
По составусредыразличают следующие газоразрядныелампы:
– с газом;
– с парами металлови различных соединений.
По давлению:
– газоразрядныелампы низкого давления (от 0,1 до 25 кПа);
– газоразрядныелампы высокого давления (от 25 до 1000 кПа);
– газоразрядныелампы сверхвысокого давления (от 1000кПа).
По типуразряда:
– дуговые;
– тлеющие;
– импульсные.
По источникуизлучения:
– газоразрядныелампы, у которых источником светаявляются атомы, ионы или молекулы;
– фотолюминесцентныелампы, у которых источником светаявляются люминофоры, возбуждаемыеразрядом;
– электродосветныелампы, у которых источником светаявляются электроды, раскаленные довысокой температуры.
По охлаждению:
– газоразрядныелампы с естественным охлаждением;
– газоразрядныелампы с принудительным охлаждением.
Н
аиболеераспространены газоразрядные лампынизкогодавления –люминесцентные(рис. 6).Световая отдача – до 100 лм/Вт. Они имеютформу цилиндрической стеклянной трубкис двумя электродами. Трубка наполненадозированным количеством ртути (30–80мг) и смесью инертных газов (часто аргон)при давлении около 400 Па (3 мм рт. ст.). Пообоим концам трубки закреплены электроды.При включении электрический ток,протекающий между электродами, вызываетв парах ртути электрический разряд,сопровождающийся излучением(электролюминесценция). Внутренняяповерхность трубки покрыта тонким слоемлюминофора, который преобразуетультрафиолетовое излучение, возникающеепри газовом электрическом разряде, ввидимый свет. В зависимости от составалюминофора люминесцентные лампы обладаютразличной цветностью. В настоящее времяпромышленность выпускает несколькотипов люминесцентных ламп, отличающихсяпо цветности: лампы дневного света (ЛД),лампы дневного света с улучшеннойцветопередачей (ЛДЦ), лампы наиболееблизкие к естественному свету (ЛЕ), лампыбелого цвета (ЛБ), лампы теплого белогоцвета (ЛТБ), лампы холодного белого цвета(ЛХБ), лампы дневного света с исправленнойцветопередачей (ЛДЦ), лампы рефлекторные–свнутренним отражающим слоем (ЛР) и др.
Преимуществалюминесцентныхламп:
– широкий диапазонцветности;
– благоприятныеспектры излучения, обеспечивающиевысокое качество цветопередачи;
– по сравнению слампами накаливания обеспечивают такойже световой поток, но потребляют в 4–5раз меньше энергии;
– имеют низкуютемпературу колбы;
– повышенный срокслужбы (до 6–15тыс. ч.).
Недостаткилюминесцентныхламп:
– относительнаясложность схемы включения, шум дросселей;
– ограниченнаяединичная мощность и большие размерыпри данной мощности;
– невозможностьпереключения ламп, работающих напеременном токе, на питание от сетипостоянного тока;
– зависимостьхарактеристик от температуры внешнейсреды (световой поток снижается приповышенных температурах);
– значительноеснижение потока к концу срока службы;
– относительнаядороговизна;
– вредные длязрения пульсации светового потока счастотой 100 Гц при переменном токе50 Гц;
– срок действиякомпактных ЛЛ не всегда соответствуетзаявленному и может быть сравним сосроком ламп накаливания при существеннобольшей стоимости.
Пульсация световогопотокавозникает вследствие малой инерционностисвечения люминофора. Это может привестик появлению стробоскопическогоэффекта,который проявляется в искажениизрительного восприятия движущихся иливращающихся объектов. При кратностиили совпадении частоты пульсациисветового потока и частоты вращенияобъекта вместо одного предмета видныизображения нескольких, искажаютсяскорость и направление движения.Стробоскопический эффект очень опасен,так как вращающиеся части механизмов,детали, инструмент могут показатьсянеподвижными и стать причиной травматизма.
Основныехарактеристики люминесцентных ламп:
– номинальнаямощность;
– номинальноенапряжение;
– номинальный токлампы;
– световой поток;
– габаритныеразмеры (полная длина L,диаметр D);
– пульсациисветового потока.
Технические данныеосновных типов ЛЛ приведены в табл. 2Приложения 2 .
К газоразряднымлампам высокогои сверхвысокогодавленияотносят лампы: ДРЛ –дуговые ртутные люминесцентные; ДРЛР– рефлекторные дуговые ртутные лампы сотражающим слоем; ДРИ –ртутные лампы высокого давления сдобавкой иодидов металла; ДКсТ –дуговые ксеноновые трубчатые и др.
П
ринципдействия ламп ДРЛ (рис. 7): в горелке изпрочного тугоплавкого химически стойкогопрозрачного материала в присутствиигазов и паров металлов возникает свечениеразряда–электролюминесценция. При подаченапряжения на лампу между близкорасположенными главным катодом идополнительным электродом обратнойполярности на обоих концах горелкиначинается ионизация газа. Когда степеньионизации газа достигает определенногозначения, разряд переходит на промежутокмежду главными катодами, так как онивключены в цепь тока без добавочныхсопротивлений, и поэтому напряжениемежду ними выше. Стабилизация параметровнаступает через 10–15минут после включения (в зависимостиот температуры окружающей среды, чемхолоднее, тем дольше будет разгоратьсялампа).
Электрическийразряд в газе создает видимое белое,без красной и голубой составляющихспектра, и невидимое ультрафиолетовоеизлучение, вызывающее красноватоесвечение люминофора. Эти свечениясуммируются, в результате получаетсяяркий свет, близкий к белому.
Приизменении напряжения сети на 10–15% в большую или меньшую сторону работающаялампа отзывается соответствующимповышением или потерей светового потокана 25–30%. При напряжении менее 80 % сетевого лампаможет не зажечься, а в горящем состояниипогаснуть.
Пригорении лампа сильно нагревается, послевыключения должна остыть перед следующимвключением.
Лампы ДРЛ позволяютсоздавать большие уровни освещенностии рекомендуются к применению при высотепомещения более 12…14 м, при наличии ввоздухе дыма, пыли и копоти. Однако поспектральному составу излучения онисильно отличаются от люминесцентных.Их нельзя применять там, где недопустимоискажение цветовосприятия.
Наиболее экономичнымиявляются ДРИ –ртутные лампывысокого давления с добавкой иодидовметалла, ихчасто называют металлогалогенными.Светоотдача этих ламп достигает 80 лм/Вт.
Трубчатыексеноновые газоразрядные лампы высокогодавленияДКсТ (дуговые ксеноновые трубчатые),имеющие высокую мощность (от 2 до 100 кВт),применяются в основном для наружногоосвещения в связи с опасностьюультрафиолетового облучения работающихв помещении. Разработаны специальныексеноновые лампы ДКсТЛ в колбе излегированного кварца, предназначенныедля применения в производственныхпомещениях, расположенных на Северенашей страны, где они служат одновременнои для ультрафиолетового облученияработающих.
Натриевыегазоразрядные лампы высокого давленияДНаТ(дуговые натриевые трубчатые) обладаютнаивысшей эффективностью и удовлетворительнойцветопередачей. Применяются для освещенияпомещений с большой высотой, гдетребования к цветопередаче невысокиили в декоративных целях.
Преимуществаламп ДРИ:
– большой срокслужбы (до 12–20 тыс. ч.);
– большая световаяотдача;
– компактностьпри большой единичной мощности;
– обеспечиваютболее равномерное освещение и рекомендованыдля применения в светильниках общегоосвещения.
Недостатки:
– преобладание вспектре сине-зеленой части, ведущее кнеудовлетворительной цветопередаче;
– возможностьработы только на переменном токе;
– длительностьразгорания при включении (примерно 7мин) и начало повторного зажигания последаже очень кратковременного перерывапитания лампы лишь после остывания(примерно 10 мин);
– пульсациисветового потока больше, чем улюминесцентных ламп;
– значительноеснижение светового потока к концу срокаслужбы (до 70 %);
– наличие ртути(от 20 до 150 мг ртути).
Повреждениягерметичности лампы ДРЛ вполне хватит,чтобы серьезно загрязнить, например,цех авиационного завода размерами стона триста метров и с высотой потолковдо 10 метров.
Технические данныеламп ДРЛ приведены в табл. 3 прил. 2 .
Светодиодноеосвещение– одно из перспективных направленийтехнологий искусственного освещения,основанное на использовании светодиодовв качестве источника света. Светодиодили светоизлучающий диод (СД, СИД, LED –англ. Light-emittingdiode)–полупроводниковый прибор, излучающийсвет при пропускании через негоэлектрического тока. Излучаемый светлежит в узком диапазоне спектра, егоцветовые характеристики зависят отхимического состава использованногов нем полупроводника.
Светодиодноеосвещение, благодаря эффективномурасходу электроэнергии и простотеконструкции, нашло широкое применениев ручных осветительных приборах, всветотехнике для создания дизайнерскогоосвещения специальных современныхдизайн-проектов. Надежность светодиодныхисточников света позволяет использоватьих в труднодоступных для частой заменыместах (встроенное потолочное освещениеи т. д.).
Преимуществасветодиодного освещения:
– экономичность– световая отдача светодиодных системуличного освещения достигает 140 лм/Вт;
– срокслужбы в 30 раз больше по сравнению слампами накаливания;
– возможностьполучать различные спектральныехарактеристики без применениясветофильтров;
– малые размеры;
– отсутствиертутных паров (в сравнении с люминесцентнымилампами);
– малоеультрафиолетовое и инфракрасноеизлучение;
– незначительноеотносительное тепловыделение (длямаломощных устройств);
– высокая прочность.
Недостатки:
– высокая цена(отношение цена/люмен у сверхъяркихсветодиодов в 50–100 раз больше, чем уобычной лампы накаливания);
– низкая предельнаятемпература: мощные осветительныесветодиоды требуют внешнего радиаторадля охлаждения;
– необходимостьнизковольтного источника питанияпостоянного тока для обеспечения питаниясветодиодов от сети;
– высокий коэффициентпульсаций светового потока при питаниинапрямую от сети промышленной частоты.
Создание впроизводственных помещениях качественногои эффективного освещения невозможнобез рациональных светильников.
Электрическийсветильник–этосовокупность источника света иосветительной арматуры, предназначеннойдля перераспределения излучаемогоисточником светового потока в требуемомнаправлении, предохранения глаз рабочегоот слепящего действия ярких элементовисточника света, защиты источника отмеханических повреждений, воздействияокружающей среды и эстетическогооформления помещения.
Тип светильниковопределяется характером производственногопомещения и технологического процесса,необходимой безопасностью, качествомосвещения и удобством обслуживания . Слепящее действие света устраняетсяпри правильном выборе высоты подвесаопределенного типа светильника.
Важнойхарактеристикой светильника являетсяего коэффициент полезного действия –отношение фактического светового потокасветильникаФ фк световому потоку помещенной в неголампы Ф л,т. е.
.
По распределениюсветового потока в пространстве различаютсветильники прямого, преимущественнопрямого, рассеянного, отраженного ипреимущественно отраженного света.
Что же представляют собой искусственные источники света?
Это технические устройства, которые могут иметь самую различную конструкцию и при этом служат для преобразования энергии различными способами. В источниках света, как правило, используется электроэнергия, однако в некоторых случаях может использоваться химическая энергия или другой способ генерации света. По большому счету все источники света делятся на два вида: естественные и искусственные. О вторых мы поговорим в нашей сегодняшней статье более подробно.
История развития искусственных источников света берет свое начало еще в глубокой древности. Самым первым источником света был огонь (пламя) костра. Однако со временем люди стали понимать, что свет можно получать при сжигании каких-либо смолистых пород дерева, причем в больших количествах. Уже позже люди научились переносить источники света, перезаряжать горючим, а также устанавливать в любом пространственном положении.
В дальнейшем для получения источников света (искусственных) люди стали использовать газ. На протяжении долгого периода времени было востребовано газовое освещение. Главная особенность данного вида освещения заключалась в том, что с его помощью можно было освещать большие городские улицы или даже целые здания. Позже для городского газового освещения стали использовать «светильный газ». Люди стали придумывать различные конструкции для того чтобы усилить отдачу света и питания. Сначала это были фитили, которые, кстати, позже были усовершенствованы путем добавления минералов и пропитке борной кислотой.
Дальнейший прогресс в области изобретения и использования искусственных источников света был связан с тем, что было открыто электричество, а также появились источники тока. Но и над электрическими источниками была проведена огромная работа, ведь было очевидно, что для увеличения яркости требуется поднятие температуры конкретно той области, которая излучает свет. А для увеличения долговечности электрических источников люди стали размещать рабочие тела в различных баллонах.
Параллельно с развитием ламп накаливания, уже в эпоху открытия электричества начались работы по электродуговым источникам света, а также по источникам света на основе тлеющего разряда. Первые, в свою очередь, позволили получить очень мощные потоки света, а с помощью вторых источников удалось достичь чрезвычайной экономичности. Кстати, сегодня самыми яркими и мощными источниками света являются лазеры.
Источники света применяются во всех областях жизнедеятельности человека. От области применения напрямую зависят и требования, которые предъявляются к источникам света (технические, эстетические и экономические).
Рассмотрим искусственный источник света на примере светильника.
Светильник – искусственный источник света, прибор, который перераспределяет свет лампы внутри больших телесных углов, а также обеспечивает угловую концентрацию потока света. Сфера применения светильников достаточно обширна; они используются как для освещения, так и в качестве сигнализации. К тому же, их очень часто используют просто в качестве декоративных предметов.
К основным типам электрических ламп и осветительных устройств относятся:
1. Лампы накаливания: в такой лампе электрический ток протекает через тонкую металлическую нить и нагревает ее, в результате чего нить испускает электромагнитное излучение. Стеклянная колба, заполненная инертным газом, предотвращает быстрое разрушение нити вследствие окисления кислородом воздуха. Преимуществом ламп накаливания является то, что лампы этого типа могут производиться для широкого диапазона напряжений – от нескольких вольт до нескольких сот вольт. В силу низкой эффективности («светового КПД», учитывающего только энергию излучения в видимом диапазоне) ламп накаливания эти устройства во многих применениях постепенно вытесняются люминесцентными лампами, газоразрядными лампами высокой интенсивности, светодиодами и другими источниками света.
2. Газоразрядные лампы: этот термин охватывает несколько видов ламп, в которых источником света является электрический разряд в газовой среде. Основу конструкции такой лампы составляют два электрода, разделенные газом. Как правило, в таких лампах используется какой-либо инертный газ (аргон, неон, криптон, ксенон) или смесь таких газов. Помимо инертных газов, газоразрядные лампы в большинстве случаев содержат и другие вещества, например, ртуть, натрий и/или галогениды металлов. Конкретные виды газоразрядных ламп часто называются по используемым в них веществах – неоновые, аргоновые, ксеноновые, криптоновые, натриевые, ртутные и металлогалогенные. К наиболее распространенным разновидностям газоразрядных ламп относятся:
Люминесцентные лампы;
Металлогалогенные лампы;
Натриевые лампы высокого давления;
Натриевые лампы низкого давления.
Газ, заполняющий газоразрядную лампу, должен быть ионизирован под действием электрического напряжения, чтобы приобрести необходимую электропроводность. Как правило, для запуска газоразрядной лампы («зажигания» разряда) требуется более высокое напряжение, чем для поддержания разряда. Для этого используется специальные «стартеры» или другие зажигающие устройства. Кроме того, для нормальной работы лампы необходима балластная нагрузка, обеспечивающая стабильность электрических характеристик лампы. Стартер в сочетании с балластом образуют пускорегулирующий аппарат (ПРА). Газоразрядные лампы характеризуются длительным сроком службы и высоким «световым КПД». Недостатки этого типа ламп включают относительную сложность их производства и необходимость дополнительных электронных устройств для их стабильной работы.
Серные лампы: серная лампа представляет собой высокоэффективное осветительное устройство полного спектра без электродов, в котором источником света служит плазма серы, нагреваемая микроволновым излучением. Время разогрева серной лампы значительно меньше, чем у большинства типов газоразрядных ламп, за исключением люминесцентных, даже при низких температурах окружающей среды. Световой поток серной лампы достигает 80% максимальной величины в течение 20 с после включения; лампа может быть перезапущена примерно через пять минут после отключения электроэнергии;
Светодиоды, в т.ч. органические: светодиод представляет собой полупроводниковый диод, излучающий некогерентный свет в узком спектральном диапазоне. Одним из преимуществ светодиодного освещения является его высокая эффективность (световой поток в видимом диапазоне на единицу потребленной электроэнергии). Светодиод, в котором эмиссионный (излучающий) слой состоит из органических соединений, называется органическим светодиодом (OLED). Органические светодиоды легче, чем традиционные, а преимуществом полимерных светодиодов является их гибкость. Коммерческое применение обоих указанных типов светодиодов уже начато, однако их использование в промышленности пока ограничено.
Наиболее эффективным электрическим источником света является натриевая лампа низкого давления. Она испускает практически монохромный (оранжевый) свет, сильно искажающий зрительное восприятие цветов. По этой причине данный тип ламп используется, главным образом, для наружного освещения. «Световое загрязнение», создаваемое натриевыми лампами низкого давления, может быть легко отфильтровано в отличие от света других источников с широким или непрерывным спектром.
Санитарные нормы, предъявляемые к освещенности учебных помещений. Приборы и методы определения (измерения) освещенности в школьных кабинетах и лабораториях. Коэффициент естественной освещенности и его определение.
Все учебные помещения должны иметь ЕО. Наилучшими видами ЕО в учебных являются боковое левостороннее. При глубине помещения более 6м необходимо устройство правостороннего подсвета. Направление основного светового потока справа, спереди и сзади недопустимо, т.к. уровень ЕО на рабочих поверхностях парт снижается в 3-4 раза.
Стекла окон следует ежедневно протирать влажным способом с внутренней стороны и мыть снаружи не менее 3-4 раз в год и со стороны помещений не менее1-2 раз в месяц. Нормирование ЕО осуществляется по СниП.
Для окраски парт рекомендуется зеленая гамма цветов, а также цвет натуральной древесины с Q (коэф. отражения) 0,45. Для классной доски — темно зеленый или коричневый цвет с Q=0,1 — 0,2. Стекла, потолки, полы, оборудование учебных помещений должны иметь матовую поверхность во избежание образования бликов. Поверхности интерьера учебных помещений следует окрашивать в теплые тона, потолок и верхние части стен окрашивают в белый цвет. Нельзя помещать растения на подоконники.
ИО обеспечивается люминесцентными лампами (ЛБ, ЛЕ) или лампами накаливания. На помещение площадью 50м2 должно быть установлено 12 действующих люминесцентных светильников. Классная доска освещается двумя установленными параллельно ей светильниками (на 0,3м выше верхнего края доски и на 0,6 в сторону класса перед доской). Общая электромощность на класс в этом случае составляет 1040Вт.
При освещении лампами накаливания помещения площадью 50м2 должно быть установлено 7-8 действующих световых точек общей мощностью 2400Вт.
Светильники в учебном помещении располагают двумя рядами параллельно линии окон при расстоянии от внутренней и наружной стен 1,5м, от классной доски 1,2м, от задней стены 1,6м; расстояние между светильниками в рядах 2,65м.
Светильники очищают не реже одного раза в месяц (запрещается привлекать учащихся к очистке осветительной арматуры).
Учебные помещения школ должны иметь естественное освещение. Без естественного освещения допускается проектировать: снарядные, умывальные, душевые, уборные при гимнастическом зале; душевые и уборные персонала; кладовые и складские помещения (кроме помещений для хранения легковоспламеняющихся жидкостей), радиоузлы; кинофотолаборатории; книгохранилища; бойлерные, насосные водопровода и канализации; камеры вентиляционные и кондиционирования воздуха; узлы управления и другие помещения для установки и управления инженерным и технологическим оборудованием зданий; помещения для хранения дезсредств. В учебных помещениях следует проектировать боковое левостороннее освещение. При двустороннем освещении, которое проектируется при глубине учебных помещений более 6 м, обязательно устройство правостороннего подсвета, высота которого должна быть не менее 2,2 м от потолка. При этом не следует допускать направление основного светового потока впереди и сзади от учащихся. В учебно-производственных мастерских, актовых и спортивных залах также может применяться двустороннее боковое естественное освещение и комбинированное (верхнее и боковое).
Следует использовать следующие цвета красок:
Для стен учебных помещений — светлые тона желтого, бежевого, розового, зеленого, голубого;
Для мебели (парты, столы, шкафы) — цвета натурального дерева или светло-зеленый;
Для классных досок — темно-зеленый, темно-коричневый;
Для дверей, оконных рам — белый.
Для максимального использования дневного света и равномерного освещения учебных помещений рекомендуется:
Сажать деревья не ближе 15 м, кустарник — не ближе 5 м от здания;
Не закрашивать оконные стекла;
Не расставлять на подоконниках цветы. Их следует размещать в переносных цветочницах высотой 65 — 70 см от пола или подвесных кашпо в простенках окон;
Очистку и мытье стекол проводить 2 раза в год (осенью и весной).
Минимальное значение КЕО нормируется для наиболее удаленных от окон точек помещения при одностороннем боковом освещении. Определяют освещенность в жилых помещениях на полу или высоте 0,8 м от пола. Одновременно измеряют освещенность рассеянным светом под открытым небом. КЕО рассчитывают по выше приведенной формуле и сопоставляют с нормативными значениями.
Среднее значение КЕО нормируется в помещениях с верхним комбинированным освещением. В помещении определяют освещенность в 5 точках на высоте 1,5 м над полом и одновременно определяют освещенность под открытым небом (с защитой от прямых солнечных лучей). Затем рассчитывают КЕО для каждой точки.
Среднее значение КЕО рассчитывают по формуле:
где: KEO1, КЕО2… КЕО5 — значение КЕО в различных точках; n — количество точек измерения.
Похожая информация.
Введение
1. Виды искусственного освещения
2 Функциональное назначение искусственного освещения
3 Источники искусственного освещения. Лампы накаливания
3.1Типы ламп накаливания
3.2 Конструкция лампы накаливания
3.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания
4. Газоразрядные лампы. Общая характеристика. Область применения. Виды
4.1 Натриевая газоразрядная лампа
4.2 Люминесцентная лампа
4.3 Ртутная газоразрядная лампа
Список литературы
Введение
Назначение искусственного освещения – создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошее самочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения.
История искусственного освещения началась тогда, когда человек стал использовать огонь. Костер, факел и лучина стали первыми искусственными источниками света. Затем появились масляные лампы и свечи. В начале XIX века научились выделять газ и очищенные нефтепродукты, появилась керосиновая лампа, которая используется по сегодняшний день.
При зажигании фитиля возникает светящееся пламя. Пламя испускает свет только тогда, когда твердое тело нагревается этим пламенем. Не горение порождает свет, а лишь вещества, доведенные до раскаленного состояния, излучают свет. В пламени свет излучают раскаленные частички сажи. В этом можно убедиться, если поместить стекло над пламенем свечи или керосиновой лампы.
На улицах Москвы и Петербурга осветительные масляные фонари появилось в 30-х годах XVIII века. Затем масло заменили спиртово-скипидарной смесью. Позднее, в качестве горючего вещества, стали использовать керосин и, наконец, светильный газ, который получали искусственным путем. Световая отдача таких источников была очень мала из-за низкой цветовой температуры пламени. Она не превышала 2000К.
По цветовой температуре искусственный свет сильно отличается от дневного, и это различие давно было замечено по изменению цвета предметов при переходе от дневного к вечернему искусственному освещению. В первую очередь было замечено изменение цвета одежды. В ХХ веке с широким распространением электрического освещения изменение цвета при переходе к искусственному освещению уменьшилось, но не исчезло.
Сегодня редкий человек знает о заводах, производивших светильный газ. Газ получали при нагревании каменного угля в ретортах. Реторты – это большие металлические или глиняные полые сосуды, которые наполняли углем и нагревали в печи. Выделившийся газ очищали и собирали в сооружениях для хранения светильного газа – газгольдерах.
Более ста лет назад, в 1838 году, «Общество освещения газом Санкт-Петербурга» построило первый газовый завод. К концу XIX века почти во всех крупных городах России появились газгольдеры. Газом освещали улицы, железнодорожные станции, предприятия, театры и жилые дома. В Киеве инженером А.Е.Струве газовое освещение было устроено в 1872году.
Создание электрогенераторов постоянного тока с приводом от паровой машины позволило широко использовать возможности электричества. В первую очередь изобретатели позаботились об источниках света и обратили внимание на свойства электрической дуги, которую впервые наблюдал Василий Владимирович Петров в 1802 году. Ослепительно яркий свет позволял надеяться, что люди смогут отказаться от свечей, лучины, керосиновой лампы и даже газовых фонарей.
В дуговых светильниках приходилось постоянно пододвигать поставленные «носами» друг к другу электроды – они достаточно быстро выгорали. Сначала их сдвигали вручную, затем появились десятки регуляторов, самым простым из которых был регулятор Аршро. Светильник состоял из неподвижного положительного электрода, закрепленного на кронштейне, и подвижного отрицательного, соединенного с регулятором. Регулятор состоял из катушки и блока с грузом.
При включении светильника через катушку протекал ток, сердечник втягивался в катушку и отводил отрицательный электрод от положительного. Дуга поджигалась автоматически. При уменьшении тока втягивающее усилие катушки уменьшалось и отрицательный электрод поднимался под действием груза. Широкого распространения эта и другие системы не получили из-за низкой надежности.
В 1875 году Павел Николаевич Яблочков предложил надежное и простое решение. Он расположил угольные электроды параллельно, разделив их изолирующим слоем. Изобретение имело колоссальный успех, и «свеча Яблочкова» или «Русский свет» нашел широкое распространение в Европе.
Искусственное освещение предусматривается в помещениях, в которых недостаточно естественного света, или для освещения помещения в часы суток, когда естественная освещенность отсутствует.
1.Виды искусственного освещения
Искусственное освещение может быть общим(все производственные помещения освещаются однотипными светильниками, равномерно расположенными над освещаемой поверхностью и снабженными лампами одинаковой мощности) и комбинированным (к общему освещению добавляется местное освещение работах мест светильниками, находящимися у аппарата, станка, приборов и т. д.). Использование только местного освещения недопустимо, так как резкий контраст между ярко освещенными и неосвещенными участками утомляет глаза, замедляет процесс работы и может послужить причиной несчастных случаев аварий.
2.Функциональное назначение искусственного освещения
По функциональному назначению искусственное освещение подразделяется на рабочее, дежурное, аварийное.
Рабочее освещение обязательно во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы людей и движения транспорта.
Дежурное освещение включается во вне рабочее время.
Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения.
В современных многопролетных одноэтажных зданиях без световых фонарей с одним боковым остеклением в дневное время суток применяют одновременно естественное и искусственное освещение (совмещенное освещение). Важно, чтобы оба вида освещения гармонировали одно с другим. Для искусственного освещения в этом случае целесообразно использовать люминесцентные лампы.
3. Источники искусственного освещения. Лампы накаливания.
В современных осветительных установках, предназначенных для освещения производственных помещений, в качестве источников света применяют лампы накаливания, галогенные и газоразрядные.
Лампа накаливания— электрический источник света, светящимся телом которого служит так называемое тело накала (тело накал- проводник, нагреваемый протеканием электрического тока до высокой температуры). В качестве материала для изготовления тела накала в настоящее время применяется практически исключительно вольфрам и сплавы на его основе. В конце XIX — первой половине XX в. Тело накала изготавливалось из более доступного и простого в обработке материала — углеродного волокна.
3.1 Типы ламп накаливания
Промышленность выпускает различные типы ламп накаливания:
вакуумные, газонаполненные(наполнитель смесь аргона и азота), биспиральные, с криптоновым наполнением .
3.2 Конструкция лампы накала
Рис.1 Лампа накаливания
Конструкция современной лампы. На схеме: 1 — колба; 2 — полость колбы (вакуумированная или наполненная газом); 3 — тело накала; 4, 5 — электроды (токовые вводы); 6 — крючки-держатели тела накала; 7 — ножка лампы; 8 — внешнее звено токоввода, предохранитель; 9 — корпус цоколя; 10 — изолятор цоколя (стекло); 11 — контакт донышка цоколя.
Конструкции лампы накала весьма разнообразны и зависят от назначения конкретного вида ламп. Однако общими для всех ламп накала являются следующие элементы: тело накала, колба, токовводы. В зависимости от особенностей конкретного типа лампы могут применяться держатели тела накала различной конструкции; лампы могут изготавливаться бесцокольными или с цоколями различных типов, иметь дополнительную внешнюю колбу и иные дополнительные конструктивные элементы.
3.3 Преимущества и недостатки ламп накаливания
Преимущества:
Малая стоимость
Небольшие размеры
Ненужность пускорегулирующей аппаратуры
При включении они зажигаются практически мгновенно
Отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
Возможность работы как на постоянном токе (любой полярности), так и на переменном
Возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
Отсутствие мерцания и гудения при работе на переменном токе
Непрерывный спектр излучения
Устойчивость к электромагнитному импульсу
Возможность использования регуляторов яркости
Нормальная работа при низкой температуре окружающей среды
Недостатки:
Низкая световая отдача
Относительно малый срок службы
Резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения
Цветовая температура лежит только в пределах 2300-2900 K, что придаёт свету желтоватый оттенок
Лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 40 Вт — 145°C, 75 Вт — 250°C, 100 Вт — 290°C, 200 Вт — 330°C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается еще сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.
Световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%