Источниками света и их использование. Оптические явления в природе. Источники света — Гипермаркет знаний

⁰

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 ее 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.

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).

В давние времена человечество думало, что мы можем видеть благодаря лучам-щупальцам, которые выходят из глаз, как бы пробуя на ощупь предметы. Кажется, нелепо и смешно. Но на самом деле, Откуда он исходит? Различают естественные источники света и искусственные. Современные представления гласят, что свет - это электромагнитные волны или поток фотонов. На самом деле свет является излучением, но той его части, которая может восприниматься глазом. Именно поэтому его называют При распространении света обнаруживаются его волновые качества. О которых поговорим ниже.

Свет

Что же это такое? Прямо скажем, это электромагнитная волна. Она воспринимается глазами человека. Правда, существуют границы восприятия - от 380 до 780 нм. При более низких показателях идет поток ультрафиолета, который человек видеть не может, зато ощущает. На коже он проявляется как загар. Существует также инфракрасное излучение, которое способны видеть только некоторые живые организмы, а людьми это воспринимается как тепло.

Свет бывает разного цвета. Если вспомнить радугу, она является обладательницей семи цветов. Присутствующий в ней фиолетовый цвет образуется пучком длины волн 380 нм, красный - 625, а вот зеленый - 500, больше чем фиолетовый, но меньше чем красный. От многих искусственных источников света исходят белого цвета волны. Белый свет происходит, когда смешиваются все остальные основные цвета - это красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Свойства

Благодаря опытам удалось установить, что свет имеет электромагнитную природу. Проще говоря, свет - это электромагнитное излучение, которое можно увидеть.

Свет может похвастаться тем, что имеет способность проходить через прозрачные вещества и тела. Благодаря этому солнечный свет через атмосферу легко проникает на землю. Но при этом он преломляется. Когда на пути света встречается непрозрачное тело или предмет, то свет отражается от них. Таким образом мы принимаем отраженный цвет глазом и видим не только цвет, но и форму.

Определенная часть света поглощается предметами, и они нагреваются. Светлые предметы нагреваются не так сильно, как темные, так как поглощают больше света, а отражается меньше. Именно поэтому они выглядят темными. Львиная часть информации о том, что нас окружает, поступает именно через зрение. Благодаря ему мы все анализируем. Хорошее зрение и высокий уровень работоспособности очень связаны с освещением.

Источники

Тела, от которых исходит свет, и являются источниками света. Существуют естественные и искусственные источники света. Самый популярный и жизненно необходимый естественный источник света - Солнце, а именно солнечная радиация - лучистый поток звезды, который достигает поверхности нашей планеты в виде прямого и рассеянного света. В естественном свете, а если быть точнее в его спектре, находятся ультрафиолетовые лучи, которые просто необходимы для человека. Диффузность - вот характерная черта естественного освещения. Это благоприятно для зрения. После того как мы разобрались со многими понятиями, можно приступить к объяснению что же это такое - искусственные и естественные источники света.

Искусственные источники

До конца 19 века единственным являлся огонь, во всех его интерпретациях. Позже активно стартовало бурное развитие электрических источников света. За почти 130 лет их существования огонь был практически полностью вытеснен - появились керосиновые лампы, свечи. Они и теперь используются, когда случается авария на станции, когда внезапно пропадает освещение, для романтического вечера, для создания соответствующей обстановки. В турпоходах, когда разрядились фонарики, используют Для более обширного освещения можно развести костер.

Костер - искусственный или естественный источник света? Следует разобраться. Пламя сгорающих сухих сучьев, а также пламя свечи, газовой горелки и так далее - это искусственные источники. Хотелось бы отметить одну особенность. Искусственными источниками света могут управлять люди.

Рассудим так: в принципе, костер горит самостоятельно, отдавая еще и тепло. Возле него можно греться, видеть в темное время суток друзей, сидящих напротив и поющих под гитару. Вроде костер — это естественный источник света. Он дает свой неотраженный свет, как Луна. Но тут начинает костер гаснуть, появляется необходимость подкинуть дров. Чем больше дров, тем больше пламя. Значит, им можно управлять. Более того, изначально костер создали сами туристы. А искусственными источниками называются те, что создал человек. Отсюда напрашивается вывод: костер - это всё-таки искусственный источник света.

Искусственным также являются технические устройства, самого разнообразного строения. Это лампы накаливания, прожекторы, электрические светильники и прочее. Существуют тела, которые не могут излучать самостоятельно, а источают отраженный свет, например, Луна.

Более детально рассмотрим, какие источники света являются естественными.

Естественные источники

Все объекты, от которых струится природный свет, следует отнести к натуральным источникам. Они и есть естественные источники света. Неважно, какое идет испускание волн, как основное или вторичное свойство. Природные источники света играют огромную роль в жизни всех живых организмов. Природные источники в природе не контролируются человеком:

Солнечный свет.
Огонь, естественный источник света.
Свет звезд.
Свечение разнообразных животных и растительных организмов.

И это далеко не весь список. Можно перечислить еще естественные источники света. Примеры: Солнце, палящее июльским днем, звезды, которые можно наблюдать ночью и складывать их в причудливые созвездия, молния, разрывающая рыхлые облака, комета с роскошным хвостом или полярное сияние, переливающиеся и вызывающее восхищение. Естественным светом можно считать поблескивающих в траве, как маленькие крупинки золота, насекомых и некоторые виды рыб, важно плывущие почти на морском дне.

Межзвездный газ

Разряженная газовая среда заполняет пространство между звездами. Газ прозрачен. Основная часть межзвёздного газа наблюдается ближе к плоскости Галактики. Этот слой имеет толщину много сотен парсек. Химический состав похож на большинство звезд - это водород, гелий и немного тяжелых частиц. Газ находится в атомном, молекулярном и ионизированном виде, все зависит от плотности и температуры. Газ поглощает а они взамен отдают ему имеющуюся энергию. Ультрафиолетовое излучение, исходящее от горячих звезд, начинает нагревать газ. Затем сам газ начинает излучать свет. Человек наблюдает его как светлую туманность.

Биолюминесценция

Хитрое слово обозначает умение живых организмов светиться. Это умение достигнуто самостоятельно либо при помощи симбионтов. Греческое слово «биос» означает жизнь. А латинское «люмен» - свет. Такой талант, как создание света, принадлежит не каждому. Для этого необходимы специально светящиеся органы и обладание более развитым организмом. Например, в фотофорах рыб, в особых органоидах у одноклеточных эукариот, в цитоплазме у бактерий. Вспомним о светлячках и кое-каких водных организмах, которые обитают на дне океанов (глубоководная каракатица, радиолярия). Биолюминесценция — это продукт химических процессов, энергия, которая освобождается, при этом начинает выделяться в виде света. Другими словами, это специальный вид хемилюминесценции.

Радиолюминесценция

Этот процесс вызван влиянием ионизирующего излучения. Такие химические соединения, которые излучают гамма- и рентгеновские лучи, альфа-, бета-частицы, употребляют для появления радиолюминесцентного слоя в некоторых веществах. Например, красители, которые состоят из смеси сульфида цинка и вещества-источника ионизирующей радиации, излучают свет длительный период времени. Этот период измеряется годами и даже десятилетиями. Такие вещества нашли широкое применение в специальных красках. Ими покрывали циферблаты часов, приборов.

Распространение света

Свет не имеет способности огибать препятствия, которые встречает на своем пути. Он распространяется прямолинейно. И никак иначе. Поэтому за предметом, который не обладает прозрачными свойствами, образуется тень. Не всегда тень бывает черной. Так как туда попадают рассеянные и отраженные лучи света, которые исходят от других предметов. Особенно хорошо это знают художники.

Лучи света не способны пройти сквозь темную преграду. Например, если Луна оказывается между Солнцем и Землей, отсюда и возникают солнечные затмения.

Источники света. «Горячие» и «холодные»

Рассмотрим естественные источники света. Примеры теплых источников - это Солнце. Оно является не только основным источником света, но и тепла. Поэтому в понимании человечества свет - значит тепло. Раскаленная лава, которая быстро стремится вниз по склону вулкана, тоже выделяет огромное количества тепла, но света несколько меньше.

«Холодный» свет в своей жизни каждый встречал. Это светлячки, гнилушки. Но тела обладателей такого света не нагреваются.

Точечный источник света

При изучении световых явлений появилось понятие «точечный источник света». Не является открытием то, что все источники света имеют свой размер. Естественным источником света является звезда. Солнце - это желтый карлик. Есть звезды гораздо габаритнее, но воспринимаются людьми как точечные источники света, ведь они находятся на громаднейшем расстоянии от нашей планеты.

В заключение хотелось бы отметить еще естественные источники света в нашем бренном существовании - это радость и счастье! Пусть они никогда вас не покидают и освещают ваш жизненный путь.

Различные типы источников света

Определение 1

Источником света называют тело, излучающее энергию в световом диапазоне.

Классификацию источников света можно проводить в зависимости от различных их характеристик. Так в физике важным является деление источников света на точечные и непрерывные (модели источников света).

Возможно деление на естественные и искусственные источники света . К естественным источникам относят: Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды и т.д. Искусственными источниками света считают: пламя, разного рода лампы, светодиоды, лазеры. Искусственные источники света делят в зависимости от вида энергии, которая переходит в излучение.

Источники света подразделяют на:

тепловые источники (свет в которых появляется в результате их нагрева до высоких температур);
люминесцентные источники (световое излучение в которых, возникает за счет превращения различных видов энергии, отличной от тепловой).

Также искусственные источники света могут делить в зависимости от их конструктивных особенностей.

Характеристики источников света. Сила света

Определение 2

Точечным называют источник света , размерами которого можно пренебречь, в сравнении с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, которые излучает точечный источник, являются сферическими.

Определение 3

Для того чтобы охарактеризовать точечный источник применяют такое понятие как сила света ($I$) , которую определяют как:

где $dФ$ -- световой поток, который излучается источником в пределах телесного угла $d\Omega $ . Если рассматривать сферическую систему координат, то можно сказать, что в общем случае сила света зависит от полярного ($\vartheta$) и азимутального ($\varphi $) углов ($I=I(\vartheta,\varphi)$).

Определение 4

Источник света носит название изотропного , если его сила света не зависит от направления. Для изотропного источника света можно записать, что:

где Ф -- суммарный световой поток, который излучает источник по всем направлениям. Величину силы источника, которая определяется как (2) еще называют средней сферической силой света источника.

Если источник света нельзя считать точечным (протяженный источник), то используют понятие силы света элемента его поверхности ($dS$). В таком случае в формуле (1) под величиной $dФ$ понимают световой поток, который излучает элемент поверхности источника ($dS$) в пределах телесного угла ($d\Omega $).

Основной единицей измерения силы света в $СИ$ является кандела ($кд$) (старое - свеча ($св$) ). $1 кд$ излучает световой эталон в виде абсолютно черного тела при температуре $T=2046,6 K$ (температура затвердевания чистой платины) и давлении $101325 Па$.

Световой поток

Световой поток, который посылается точечным источником в телесный угол $d\Omega ,$ определяется выражением:

Соответственно, полный световой поток, который исходит от источника, равен интегралу по полному телесному углу $4\pi $:

Основная единица измерения светового потока - люмен ($лм$), который равен световому потоку, который испускает источник в $1 кд$ внутрь телесного угла $1 стерадиан$.

Освещенность

Определение 5

Величина ($E$) равная:

называется освещенностью . В выражении (5) $dФ_{pad}$ -- величина светового потока, который падает на элемент поверхности $dS.$ Освещенность измеряется с СИ в люксах (лк).

при равномерном распределении потока по поверхности.

Освещенность, которую создает точечный источник можно вычислить как:

где r- расстояние от источника до поверхности, $\alpha $ -- угол между нормалью к поверхности и направлением на источник.

Светимость

Протяженный источник света характеризуют светимостью ($R$) его участков. Она характеризует излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности по всем направлениям. Определяется она как:

где ${dФ}_{isp}$- поток, который испускает элемент поверхности источника ($dS$) по всем направлениям в пределах $0\le \vartheta \le \frac{\pi }{2}$, где $\vartheta$ -- угол, который образует выделенное направление с внешней нормалью к поверхности.

Светимость способна появляться из-за отражения поверхностью падающего на нее света. В таком случае под ${dФ}_{isp}$ следует понимать в выражении (8) поток, который отражается элементарной поверхностью $dS\ $по всем направлениям.

Светимость измеряется в $люксах$.

Яркость

Яркость ($B$) используют для характеристики излучения (отражения) света в выделенном направлении. Направление при этом задается полярным углом ($\vartheta$), который откладывается от внешней нормали ($\overrightarrow{n}$) к излучающей площадке и азимутальным углом ($\varphi $). Данная физическая величина определяется как:

где $dS$ -- элементарная светящаяся площадка. В общем случае $B=B(\vartheta,\varphi)$.

Определение 6

Источники света, яркость которых не изменяется в зависимости от направления, называют ламбертовскими (или косинусными, подчиняющимися закону Ламберта). Для ламбертовских светильников $dI$ элементарной площадки пропорциональна $cos \vartheta.$

Светимость и яркость связаны соотношением:

Единица яркости $кандела$ на квадратный метр ($\frac{кд}{м^2}$).

Пример 1

Задание: Найдите световой поток, который излучает элементарная поверхность $dS$ внутрь конуса , ось которого перпендикулярна выделенному элементу. Угол конуса равен $\vartheta_0$. Считать, что светящаяся поверхность подчиняется закону Ламберта и ее яркость равна $В$.

Решение:

За основу решения задачи примем определение яркости и из него выразим элемент светового потока:

Элементарный телесный угол в сферических координатах равен:

Подставим выражение для телесного угла в выражение (1.1), получим:

Найдем полный световой поток интегрированием выражения (1.3):

\[Ф=BdS\int\limits^{\vartheta_0}_0{sin\vartheta cos\vartheta d\vartheta }\int\limits^{2\pi }_0{d\varphi =\pi ВdS}sin^2 \vartheta_0.\]

Ответ: $Ф=\pi ВdSsin^2\vartheta_0.$

Пример 2

Задание: Яркость однородного светящегося диска радиуса $r$ изменяется в соответствии с законом $B=B_0cos\vartheta,$ где $B_0=const, \vartheta\ --\ $угол с нормалью к поверхности. Каков световой поток (Ф), который испускает диск?

Решение:

Элемент светового потока, используя уравнение из условий задачи для ярости выразим как

где элементарный телесный угол в сферических координатах равен:

Световой поток найдем как интеграл от выражения (2.1) при использовании (2.2):

\[Ф=B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{sin\vartheta}cos^2}\vartheta d\vartheta \int\limits^{2\pi }_0{d\varphi =}2\pi B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{sin\vartheta}cos^2}\vartheta d\vartheta=2\pi B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{d(-cos\vartheta)}cos^2}\vartheta=\frac{2}{3}\pi B_0dS=\frac{2}{3}B_0{\pi }^2r^2.\]

Ответ: $Ф=\frac{2}{3}B_0{\pi }^2r^2.$

По принципу преобразования электрической энергии в энергию видимых излучений современные источники света подразделяются на две основные группы: тепловые и разрядные.

Рис. 2.1 . Классификация источников света

Тепловым называют оптическое излучение, возникающее при нагревании тел. К тепловым источникам света относят лампы накаливания. В зависимости от того, какой газ применяется для заполнения колбы лампы при изготовлении они подразделяются на вакуумные, газополные, галогеновые, ксеноновые.

Разрядной лампой называют лампу, в которой оптическое излучение возникает в результате электрического разряда в газах, парах или их смесях.

Разрядные лампы подразделяются на разрядные лампы высокого давления (РЛВД) – ДРЛ, металлогалогенные (МГЛ) – ДРИ, разрядные лампы низкого давления (РЛНД) – ЛЛ, натриевые лампы низкого давления (НЛНД) – ДНаО, натриевые лампы высоко давления (НЛВД) – ДНаТ.

Лампы накаливания

Лампы накаливания являются типичными теплоизлучателями. Важнейшие свойства лампы накаливания – световая отдача и срок службы – определяются температурой спирали. При повышении температуры спирали возрастает яркость, но вместе с тем и сокращается срок службы. Сокращение срока службы является следствием того, что испарение материала (вольфрама), из которого сделана нить, при высоких температурах происходит быстрее, вследствие чего колба темнеет, а нить накала становится все тоньше и тоньше и в определенный момент расплавляется, после чего лампа выходит из строя. Светоотдача ламп накаливания составляет примерно от 9 до 19 лм/Вт. Далеко от идеальной светоотдачи (683 лм/Вт).

Спектр излучения сплошной, что обеспечивает идеальную цветопередачу. Зажигание происходит моментально.

Рис. 2.2. Конструкция лампы накаливания общего назначения:

1 – колба; 2 – спираль; 3 – кручки (держатели); 4 – линза;
5 – штабик; 6 – электроды; 7 – лопатки; 8 – штангель; 9 – цоколь; 10 – изолятор; 11 – нижний контакт. Материалы: а – вольфрам;
б – стекло; в – молибден; г – никель; д – медь; ж – цокольная мастика; з – латунь, сталь; и – свинец, олово

Тело накала изготавливается из вольфрамовой проволоки. Вольфрам имеет большую температуру плавления около 3400°С (3600 К), формоустойчив при высокой рабочей температуре, устойчив к механическим нагрузкам, обладает высокой пластичностью в горячем состоянии, что позволяет получить из него нити весьма малых диаметров путем протяжки проволоки через калиброванное отверстие. Нить накала накаляется до температуры 2500…2800°С.

В зависимости от типа ламп вводы могут быть одно-, двух- и трехзвенными. Вводы и держатели являются частью, так называемой ножки. Это стеклянный конструктивный узел лампы, который кроме вводов и держателей включает в себя стеклянный штабик 5 с линзой 4 . Ножка служит опорой для тела накала лампы и в месте с колбой 1 обеспечивает герметизацию лампы.

Для обеспечения нормальной работы раскаленной вольфрамовой нити накала необходимо изолировать ее от кислорода воздуха. Для этого в колбе создается вакуум (такие лампы называются вакуумные) или заполняется инертным газом (аргон, криптон, ксенон с разным содержанием азота или галогенные с добавкой к наполняющему газу определенной доли галогенов, например йода) - газополные лампы.

Галогенные лампы

По структуре и принципу действия сравнимы с лампами накаливания, но они содержат в газе-наполнителе незначительные добавки галогенов (бром, хлор, фтор, йод) или их соединения. С помощью этих добавок возможно в определенном температурном интервале практически полностью устранить потемнение колбы (вызванное испарением атомов вольфрама нити накала). Поэтому размер колбы в галогенных лампах накаливания может быть сильно уменьшен.

Конструктивно не отличаются от ламп накаливания, но обладают более высоким сроком службы. Между сроком службы и световой отдачей существует прямая зависимость – чем больше светоотдача – тем меньше срок службы. Срок службы увеличен в галогенных лампах за счет иодно-вольфрамового цикла, возвращающего испарившийся вольфрам обратно на спираль.

Принцип действия галогенных ламп заключается в образовании на стенке колбы летучих соединений – галогенидов вольфрама, которые испаряются со стенки, разлагаются на теле накала и возвращают ему, таким образом, испарившиеся атомы вольфрама. В результате увеличивается срок службы ламп. Галогенные лампы по сравнению с

обычными лампами накаливания имеют более стабильный световой поток, значительно меньшие размеры, более высокую термостойкость и механическую прочность благодаря применению кварцевой колбы.

В качестве галогенных добавок применяется йод, бром, хлор, фтор. Работа по подбору новых летучих химических соединений галогенов продолжается.

Технические данные рефлекторных галогенных ламп приведены в таблице 2.1.

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:

лампы дневного света (ДС);
лампы холодно-белого света (ХБС);
лампы белого света (БС);
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:

обеспечивают требуемую освещенность и равномерность ее на освещаемой поверхности;
защищают глаза от блескости;
дают нужное перераспределение светового потока;
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.