Что является источником света в приборах

3.Виды электрических источников света

С физической точки зрения источником света может быть названа любая материальная система, излучающая электромагнитную энергию в оптической области спектра. В технике источниками света называют приборы, служащие для преобразования какого-либо вида энергии в энергию оптического излучения.

Электрические источники света делятся на три больших класса:

Тепловые
Люминесцентные
Смешанного излучения.

Вакуумные (самые простые)
Аргоновые (азот-аргоновые)
Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых)
Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых)
Галогенные (наполнитель I или Br, в 2,5 раза ярче аргоновых, большой срок службы)
Галогенные с двумя колбами
Ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых)
Ксенон-галогенные с отражателем ИК ( инфро – красного) излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей)
Накаливания с покрытием преобразующим ИК излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр. [9]

лампы накаливания прожекторные
лампы накаливания кинопроекционные
лампы накаливания сигнальные
лампы накаливания транспортные и пр. [5]

малая стоимость
небольшие размеры
отсутствие пускорегулирующей аппаратуры
нечувствительность к ионизирующей радиации
чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности)
быстрый выход на рабочий режим
невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения
отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
возможность работы на любом роде тока
нечувствительность к полярности напряжения
возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
отсутствие мерцания при работе на переменном токе (важно на предприятиях).
отсутствие гудения при работе на переменном токе
непрерывный спектр излучения
приятный и привычный в быту спектр
устойчивость к электромагнитному импульсу
возможность использования регуляторов яркости
не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату

низкая световая отдача
относительно малый срок службы
хрупкость, чувствительность к удару и вибрации
бросок тока при включении
при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона
резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения
лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт-100 °C, 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 ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.
нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников
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 %. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостатки. [9]

классические лампы накаливания (грушевидные, витые, свечеобразные, каплевидные)
лампы с увеличенной яркостью
лампы с мягким светом
цветные и декоративные лампы [6]

лампы дневного света (ЛД)
белого света (ЛБ)
холодно-белого света (ЛХБ)
тепло-белого света (ЛТБ) [5]

Источники света и осветительные приборы.

При выборе источников света предварительно решают вопрос о его виде. Существуют следующие виды источников света производственного назначения:

лампы накаливания,

галогенные лампы,

газоразрядные.

Лампы накаливания нередко преобладают на производстве, не смотря на имеющиеся в наличии более экономичные источники света. Свечение в них возникает в результате нагрева вольфрамовой нити до высокой температуры.

Их преимущества: они просты в изготовлении, удобны в эксплуатации, не требуют дополнительных устройств для включения, могут работать при значительных отклонениях напряжения сети от номинального, а также практически не зависят от условий окружающей среды и температуры, компактны, световой поток их к концу службы снижается незначительно (на 15%).

Однако они имеют низкую световую отдачу (для ламп общего назначения  = 7…20 лм/Вт при большой яркости нити накала), малый срок службы ( 800…1000 тыс. часов), в их спектре преобладает желто-красная часть, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света, их КПД чрезвычайно низок 10-13% (они превращают в световой поток лишь 5% (в отдельных случаях до 18,6 %) потребляемой энергии).

Весьма перспективной и популярной разновидностью ламп накаливания являются галогенные лампы. Они содержат в колбе наряду с вольфрамовой нитью пары того или иного галогена (например, йода), который повышает температуру накала нити и практически исключает испарение.

Они имеют более продолжительный срок службы (до 3000 тыс. часов), более высокую световую отдачу (до 30 лм/Вт), отличаются особой компактностью, более белым светом, улучшенной цветопередачей. Эксплуатируются только в горизонтальном положении.

Газоразрядные лампы излучают свет в результате электрических разрядов в парах газа. На внутреннюю поверхность колбы нанесен слой светящегося вещества – люминофора, трансформирующего электрические разряды в видимый свет. Различают газоразрядные лампы низкого давления (люминесцентные) и высокого давления.

Люминесцентные лампы создают в производственных помещениях и других помещениях искусственный свет, приближающийся к естественному, они более экономичны по сравнению с другими, их срок службы от 5000…14000 тыс. часов, световая отдача достигает 75 лм/Вт. Свечение происходит по всей поверхности трубки, а следовательно, яркость и слепящее действие этих ламп значительно ниже ламп накаливания. Низкая температура поверхности колбы (около 5 0 С) делает их относительно пожаробезопасными. Несмотря на ряд преимуществ, люминесцентные лампы имеют и недостатки: дорогостоящая и относительно сложная схема включения, чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды (оптимальная температура 20-25 0 С, условия для эксплуатации – 15-40 0 С), значительное снижение светового потока к концу срока службы, малая единичная мощность при больших размерах ламп, пульсация светового потока, оказывающая негативное воздействие на человека и вызывающая стробоскопический эффект (искажение зрительного восприятия объектов различения) .

Широко применяются газоразрядные лампы высокого (ВД) и сверхвысокого (СВД) давления, имеющие большую световую отдачу (до 100 лм/Вт) и срок службы до 15000 тыс. часов. Среди этих типов ламп в настоящее время расширяется производство металлогенных ламп (МГЛ) мощностью 250…2000 Вт и натриевых ламп НЛВД (70, 100, 150 Вт), а также зеркальных МГЛ типа ДРИЗ мощностью 250, 400, 700 Вт.

Для освещения больших цехов высотой более 6 м, улиц и площадей используются лампы ВД типа ДРЛ (дуговые ртутные люминесцентные лампы). Их мощность от 80 до 100 Вт. Они работают при любой температуре внешней среды. Кроме того, их можно устанавливать в обычных светильниках взамен ламп накаливания. К недостаткам относится длительное, 5…7 мин, разгорание при включении.

Дуговые ксеноновые трубчатые лампы (ДКСТ) применяются в основном в качестве источника света в осветительных устройствах высокой единичной мощности (от 5 до 10 тыс. Вт). Они имеют самый близкий к естественному спектральный состав света. Но это их достоинство практически не используется, поскольку они не применяются внутри зданий. Недостатки – большая пульсация светового потока, избыток в спектре ультрафиолетовых лучей, вызывающий необходимость создания защитных колб, малая надежность пусковых устройств и сравнительно низкая отдача светового потока.

Для выбора источника света и расчета потребного их количества разработано 3 метода расчета.

Для расчета общего равномерного освещения при горизонтальной рабочей поверхности основным является метод светового потока, учитывающий световой поток, отраженный от потолка и стен.

Для расчета локализованного местного освещения применяют точечный метод.

Наиболее простым, но наименее точным, поэтому применяющимся для ориентировочных расчетов, является метод удельной мощности. Методы расчета обычно более подробно рассматриваются в ходе выполнения лабораторных и расчетных работ.

Лекция 8 светология

Средства искусственного освещения – источники света и осветительные приборы являются элементами среды и выполняют разнообразные функции. Во многих случаях свет этих источников 1) заменяет или дополняет естественный свет и 2) создает среду, отвечающую высоким требованиям эстетики и комфорта.

Лампы накаливания имеют серьезные недостатки, главный из них – низкий световой КПД ( 2-3%). Поиск более эффективных источников света привел к созданию принципиально иного типа ламп, получивших название газоразрядных. В них использован эффект свечения газа (ксенона, аргона, неона, гелия) или паров металла (ртути, натрия и др.) при пропускании через них электрического разряда.

Сегодня промышленный ассортимент выпускаемых источников света весьма разнообразен по диапазону мощностей и размеров колб, а также светотехнических, цветовых и экономических характеристик

К основным характеристикам источников света относятся:

электрические – напряжение и мощность;
геометрические – размеры и форма колб;
световые – световой поток, световая отдача, яркость;
цветовые – спектральный состав, цветность излучения, цветопередача;
экономические – стоимость, срок службы.

По принципу преобразования электрической энергии в световую все источники света разделяются на два класса: тепловые и газоразрядные ( см. рис. 1) Тепловые источники света (см. рис. 2). В тепловых источниках свет излучает тело накала, разогревающееся под воздействием проходящего через него электрического тока до температуры свыше 1000 К, когда в его излучении кроме тепловых (инфракрасных0 лучей появляются видимые длинноволновые лучи. Чем большая доля излучений приходится на видимую область спектра, тем выше коэффициент полезного действия (световой КПД) источника света, выражаемый отношением светового и лучистого потока Ф / Фе. Если повышать температуру излучателя, то вначале происходит рост светового КПД до максимумам при Т=6500 К (примерно температура Солнца), а затем его значение падает, так как максимум излучения перемещается за пределы видимого спектра. Максимальное значение КПД14% является пределом экономичности для тепловых источников света, а положение этого максимума определяется, по-видимому, приспособлением человеческого глаза к излучению основного природного источника – Солнца. Лампы накаливания являются основным типом класса тепловых источников света. Свет излучает разогретая до температуры около 3000 К вольфрамовая спираль. Световая отдача, а следовательно экономичность ламп накаливания невелика (недостатки), и существенное увеличение их без принципиальных изменений конструк-ции практически невозможно, так как температура плавления вольфрама (3653 К) ставит в этом отношении естественный предел. Недостатком ламп является и 1) небольшой срок их службы, что вместе с 2) низкой световой отдачей 3) повышает их эксплуатационные расходы. Кроме того, лампы накаливания имеют сплошной (непрерывный) спектр излучения с максимумов в желто-оранжевой области видимого спектра, а на коротко-волновую часть приходится незначительная доля излучений. Поэтому при освещении ими 4) восприятие цвета заметно отличается от дневного: «теплые» (красные, оранжевые, коричневые) цвета воспринимаются более яркими, чем днем; «холодные» (зеленые, синие, фиолетовые) – ослабляются, жухнут; бледно-желтый цвет трудно отличить от белого. Путем применения светофильтров и цветовых колб, частично поглощающих оранжево-красное излучение, в принципе можно повысить цветовую температуру ламп накаливания Т_цв с 2500-2700 до 3500-4000 К, но световой поток при этом снизится на 30-35% (цветовая температура влияет на цвет объектов и на цветовую адаптацию наблюдателя). Лампы накаливания имеют ряд преимуществ перед газоразрядными: они значительно 1) дешевле и 2) экологически чище; 3) просты в обслуживании, включаются без дополнительных устройств; 4) малочувствительны к температуре окружающей среды; 5) хорошо работают в динамическом режиме; 6) имеют относительно небольшие размеры и тело накала; отличаются 7) разнообразием модификаций и 8) малыми первоначальными затратами при оборудовании осветительных установок, 9) высоким уровнем механизации производства. Хотя доля светового потока ламп накаливания составляет сегодня у нас лишь 30% (70% — газоразрядные лампы), область ихприменения все ещё широка и во многих случаях они не имеют равноценной замены: бытовые светильники, люстры и встроенные светильники для общественных интерьеров, системы местного освещения в помещениях, сценическое освещение, освещение витрин и фасадов, световые табло и реклама, иллюминационное и подводное освещение. Основным типом ламп накаливания являются лампы 1) общего назначения (нормальные), выпускаемые в нашей стране в пределах шкалы мощностей от 15 до 1500 Вт на напряжение 127 и 220 В. Выпускается большое число типов 2) специальных ламп на стандартноенапряжение: зеркальных, цветных, прожекторных, галогенных, а также 3) специальныхламп на пониженное напряжение: местного освещения, сигнальные, транспортные, для оптических систем, подводные и др. Зеркальные лампы имеют колбы специально рассчитанной формы, частично покрытые изнутри слоем серебра или алюминия. По существу, они являются лампами светильниками. В зависимости от формы зеркала лампы имеют концентрированное, среднее или широкое распределение светового потока. Срок службынормальных ламп составляет в целом 1000 часов, зеркальных – от 1000 до 1500 часов. Прожекторные лампы отличаются от ламп общего назначения повышенной мощностью, а также тем, что нить накала располагается в одной плоскости, образуя применительно к размерам зеркала прожектора светящуюся точку. Благодаря этому можно получить узкий пучок света, что необходимо для освещения небольших объектов со значительного расстояния — применение. Срок службы прожекторных ламп невелик, менее 200 часов. Галогенные лампы накаливания представляют собой трубку из кварцевого стекла с вольфрамовой спиралью, укрепленной по её оси на поддерживающих крючках. Колба заполняется аргоном, ксеноном или криптоном с добавлением определенного количества паров йода (или других галогенов, т.е. химических элементов главной подгруппы VII группы периодической системы Менделеева). Смысл этой добавки заключается в том, что пары йода способствуют удлинению срока службы нити накала ( до 2000-3000 часов) и повышению её температуры накала, а следовательно, и яркости, т.е. «побелению» света и повышению световой отдачи по сравнению с обычными лампами накаливания. Галогенные лампы рациональны в большом диапазоне мощностей и применяются, например, в установках архитектурного освещения, а их специальные типы – в проекционной и осветительной технике, в автомобилях. Малогабаритные светильники с высокоэффективными галогенными лампами накаливания низкого напряжения (ГЛН НН на напряжение 36, 24 и 12 В) находят все более широкое применение в освещении витрин, музейных экспозиций, выставок, рекламы, рабочих мест и интерьеров общественных зданий.Газоразрядные источники света (см. рис. 3). Газоразрядные лампы основаны на использовании свойств газов или паров металлов светиться в электрическом поле. Каждому газу и металлу свойствен свой цвет свечения. Причем, как правило, в режиме низкого давления это свечение имеет линейчатый спектр, а в режиме высокого давления спектр приближается к сплошному. Класс газоразрядных источников света более многолик, чем тепловых (см. ) и в последнее время активно вытесняют тепловые источники света, особенно в установках наружного освещения и освещения интерьеров производственных и общественных зданий, вследствие своих преимуществ: имеют 1) в 5-15 раз более высокую эффективность (световую отдачу и срок службы), 2) широкий диапазон мощностей и 3) высокие единичные мощности (до 100 Вт), а также 4) разнообразные спектры излучения. К числу недостатков, присущих этому классу источников света, следует отнести: 1) более сложное, чем у ламп накаливания, включение их в сеть – через пуско-регулирующие аппараты (ПРА), 2) потери напряжения в ПРА до 20-30%; 3) относительно высокую (вместе с ПРА) стоимость ; 4) неспособность работать в динамическом режиме (за исключением нескольких типов); 5) не всегда приемлемые спектральныехарактеристики; 6) серьезные проблемы утилизации вышедших из строя ламп, всвязи с широки применением ртути в газоразрядных лампах. ПРА предназначены для создания высокого напряжения в момент зажигания лампы и для обеспечения её устойчивого горения. Газоразрядные лампы имеют разное рабочее давление газа (паров металла) в колбе, называемой разрядной трубкой или горелкой, и делятся по этому признаку на лампы низкого (0,1-10 4 Па), высокого (3*10 4 -10 6 Па) и сверхвысокого (более 10 6 Па) давления. К лампам низкого давления относятся люминесцентные лампы и натриевые лампы низкого давления. Люминесцентные лампы по характеру электрического разряда делятся на лампыдугового разряда с горячими катодами и лампы тлеющего разряда с холодными катодами. Люминесцентная лампа дугового разряда представляет собой стеклянную колбу в виде трубки с впаянными на её концах электродами. Стенки её изнутри покрыты люминофором. В колбу вводится дозированная капелька ртути, а для облегчения зажигания лампы объем её заполняется аргоном. Форма трубки у лампы общего назначения прямая, у ламп специального назначения – изогнутая, фигурная, иногда она подобна форме ламп накаливания или небольших светящихся панелей. Каждому люминофору свойствен определенный спектр излучения, обычно сплошного характера, имеющий некоторый максимум, в основном и определяющий цветовой тон излучения лампы. Комбинируя состав люминофоров, можно в принципе получить любой по цветности свет. Цветопередача, обеспечиваемая люминесцентными лампами, в целом более благоприятна по сравнению некоторыми газоразрядными лампами, так как энергия излучения люминофоров распределяется по всему диапазону видимого спектра, а не сосредоточена в нескольких спектральных линиях или полосах, как у большинства разрядных ламп. Для стандартных ламп стремятся создать цветности излучения, имитирующие те или иные фазы, состояния естественного освещения. Но спектральные характеристики этих ламп не вполне совпадают со спектральными характеристиками дневного света, вследствие чего восприятие некоторых цветов при освещении лампами этого типа существенно отличается от цветопередачи при дневном освещении и обеспечивает лишьудовлетворительную, но не высококачественную цветопередачу (R_а= 62-70 ) – недостаток. Для удовлетворения повышенных требований к восприятию цвета выпускаю люминесцентные лампы с улучшенной цветопередачей (R_а=90), отражаемой в маркировке отечественных ламп введением буквы «Ц», а за рубежом – слов «делюкс» (R_а до 85), «суперделюкс», «экстраделюкс» (R_а  85). Как правило, улучшение качества излучения по спектру в газоразрядных лампах приводит к снижению их световой отдачи. Для решения особых зрительных задач выпускают лампы с особой маркировкой: «Е» – естественного света; «УФ» — ультрафиолетовых и коротковолновых видимых излучений. В ряде случаев используются люминесцентные лампы специального назначения: малогабаритные или компактные. В этом ряду люминесцентных ламп они наиболее эффективны. Они соединили в себе преимущества ламп накаливания (небольшие габариты, стандартный цоколь) и люминесцентных ламп (хорошая цветопередача, высокие световая отдача и срок службы). Кроме указанных выше достоинств (присущих всему классу газоразрядных ламп) люминесцентные лампы обладаю малой яркостью и низкой температурой поверхностиколбы, что способствует широкому распространению светящихся поверхностей (потолки, панели, полосы, искусственные окна, картины) в интерьере, а также рождению новых стилистических приемов его светопространственной организации. Люминесцентные лампы имеют низкую себестоимость, связанную с высокой степенью механизации, простой конструкции, доступность сырья и материалов. В месте с тем у них есть и существенные недостатки – 1) малая единичная мощность при 2) больших габаритах, с чем связаны трудности перераспределения и концентрации их светового потока в пространстве при освещении высоких помещений; 3) ненадежная работапри низки температурах окружающей среды, что делает их малопригодными для наружного освещения; 4) существенное снижение светового потока к концу службы ламп; 5) пульсация светового потока, приводящая в определенных случаях к появлению стробоскопического эффекта при наблюдении движущихся объектов (плавное движение объекта воспринимается как прерывистое). Группа ртутных ламп высокого и сверх высокого давления является самоймногочисленной среди газоразрядных источников света. Наиболее широкое применение в настоящее время получили дуговые ртутно-люминесцентные лампы – ДРЛ. Лампы ДРЛ применяются для наружного освещения и освещения производственных помещений с потолками выше 3-5 метров, не требующих высокого качества цветопередачи. При отсутствии люминофора эти лампы излучают свет, сильно искажающий цвет предметов, особенно человеческой кожи, что объясняется недостатком оранжево-красных лучей в спектре излучения ртути. Такие лампы применяются для декоративного освещения зелени. Цветопередача ламп ДРЛ по мере их совершенствования улучшается. Выпускаются лампы ДРЛ «делюкс», имеющие тепло-белый свет (R_а = 52), которые пригодны для освещения интерьеров общественных зданий. Лампы ДРЛ могут работать в широком диапазоне температур окружающего воздуха (преимущество). Существенный недостаток этих лам, кроме 1) низкого качества цветопередачи, — 2) большая глубина пульсации светового потока, что сопровождается соответствующими стробоскопическими явлениями. Для исключения этого недостатка разработаны трехфазные лампы ДРЛ. Процесс разгорания лампы занимает несколько минут, а повторное включение возможно только после остывания кварцевой горелки, что требует 10-15 минут. Относительно 3) большие размеры светящей колбы лампы ДРЛ 4) затрудняют концентрацию светового потока при применении её в прожекторах. Эта задача решается путем использования зеркальных (рефлекторных) ламп ДРЛ, применяемых для внутреннего и уличного освещения без специальной оптической арматуры. Заслуживают упоминания и ртутные лампы сверхвысокого давления в виде шарообразной или трубчатой колбы из кварцевого стекла. Небольшие размеры и высокая яркость ламп ДРШ (дуговые ртутные шаровые) делают их удобными для использования в прожекторах и проекционных приборах концентрированного света. Лампы излучают голубоватый свет, спектр излучения – линейчатый с непрерывным фоном. При их эксплуатации требуется соблюдать меры предосторожности для защиты людей от интенсивного УФ-излучения (с длиной волны более 280 мкм) и от возможного разрыва колбы при перегреве. Поиск боле совершенных способов преобразования электрической энергии в световую привел к созданию металлогалогенных ламп — МГЛ. По своему устройству эти лампы аналогичны лампам ДРЛ, но имеют перед ними ряд преимуществ: 1) широкиевозможности варьирования спектрального распределения излучения от практически однородного до непрерывного при 2) высоком КПД и 3) высокой удельной мощности. В разрядную горелку МГЛ кроме ртути и аргона вводится в строго дозированных количествах смеси галогеноидов (йодидов) галлия, натрия, индия, олова, редкоземельных (диспрозий, гольмий, тулий) и других элементов в виде легко испаряющихся солей. Подобрав определенную комбинацию наполнителей, можно получить практически любой спектр излучения, в том числе удовлетворяющий самым высоким требованиям к цветовосприятию. Металлогалогенные лампы признаны сегодня наилучшими для случаев, когда необходимо обеспечить хорошую цветопередачу при высокой освещенности (1000-2000лк), например, для цветных кино- и телесъемках на стадионах и в спортивных залах (при переходе от естественного к искусственному освещению не изменяются цветовые оттенки изображения), в местах скопления народа (площади, выставочные и торговые залы) или по требованиям технологии (красильные и ткацкие цеха, типографии). Пока еще МГЛ имеют высокую стоимость и ряд особенностей, затрудняющих их изготовление и эксплуатацию, в частности, существуют технологические трудности с выпуском ламп пониженной мощности (35-150Вт) — недостатки. В некоторых случаях с МГЛ успешно конкурируют натриевые лампы, которые в настоящее время более эффективны по световым характеристикам — преимущество. Но имеют низкое качество цветопередачи – недостаток. По своему устройству и принципу действия натриевые лампы во многом близки к ртутным лампам – электрический разряд в парах натрия вызывает излучение характерного желтого цвета, Лампы малочувствительны к температуре окружающего воздуха — преимущество, но имеют значительные пульсации светового потока и 5-15 минутный период разгорания — недостатки. Повторное зажигание возможно только после остывания горелки. Существуют натриевые лампы низкого и высокого давления. Натриевые лампы низкого давления – НЛ НД имеют линейную или U-образную разрядную трубку из специального устойчивого к воздействию агрессивных паров натрия стекла, помещенную во внешнюю вакуумную колбу-рубашку цилиндрической формы. Для облегчения получения электрического разряда в горелку вместе с парами натрия вводят смесь неона и аргона. Натриевые лампы низкого давления имеют неудовлетворительную цветопередачу — недостаток, так как излучают монохроматический желто-оранжевый свет с длиной волны 589 мкм. Если учесть, что глаз наиболее чувствителен к излучениям в этой области, то понятно, что световая отдача ламп очень высока – около 200лм/Вт, а в экспериментальных образцах – до 300-400 лм/Вт, т.е. КПД лампы достигает 50-60% — преимущества. Свет этих ламп повышает видимость и различимость объектов при низких уровнях освещенности, а также в тумане – преимущества, поэтому они применяются в случаях, где цветопередача не имеет значения: в установках освещения загородных магистралей, транспортных перекрестков и туннелей, складов, товарных станций, промышленных сооружений, а также для декоративного освещения объектов, позолоченных или окрашенных в желто-оранжевый цвет. Натриевые лампы высокого давления- НЛ ВД содержат смесь паров натрия и ртути с ксеноном, заключенную в горелке из химически и термически стойкого свето-прозрачного материала (поликор или лейкосапфир). Наружная колба лампы имеет цилиндрическую или эллиптическую форму (реже – линейную) из прозрачного или светорассеивающего стекла. Спектр излучения ламп – сплошной. Имеет приятный золотисто-белый оттенок, цветопередача удовлетворительная — преимущества (в некоторых экспериментальных образцах – хорошая), поэтому область применения этих ламп шире, чем НЛ НД. Несмотря на то, что цена НЛ ВД в 7-10 раз превышает цену ламп ДРЛ — недостаток, их применение дает заметную экономию капитальных и эксплуатационных затрат — преимущество, поэтому они все более вытесняют другие типы источников света, особенно в установках уличного освещения. Применяются НЛ ВД и для освещения пешеходных дорог и площадей, спортивных и транспортных сооружений, стройплощадок, складов, высокопролетных производственных помещений, некоторых монументов, памятников архитектуры и крупных общественных зданий, иногда в сочетании с другими источниками (МГЛ, ДРЛ, ГЛН). По мере совершенствования НЛ НД, улучшения их цветовых характеристик, освоения производства ламп малой мощности и снижения стоимости они будут применяться для освещения интерьеров производственных и общественных зданий. В группу газоразрядных источников света сверхвысокого давления входят ксеноновые лампы –КсЛ. Они представляют собой разрядную колбу в виде трубки или шара из кварцевого стекла, заполненную ксеноном. Электрический разряд в этом газе характеризуется высокой яркостью и непрерывным спектром излучения, близким к солнечному и обеспечивающим высококачественную цветопередачу – преимущество. Поэтому шаровые ксеноновые лампу небольших размеров и мощности (75-2000 Вт) применяются в основном 1) в проекционных приборах с цветным изображением. Мощные лампы (от 5 до 100кВт), способные работать при низких температурах, используются в тех случаях, когда на обширной территории нужно создать небольшую освещенность: 2) открытые карьеры, строительные площадки, сортировочные станции или обеспечить хорошее цветовоспроизведение: 3) полихромные архитектурные ансамбли, выставки. Их устанавливают обычно на большой высоте, чтобы избежать ослепления. В темноте свет ксеноновых ламп кажется холодно-белым, зрительно «разбеливающим» цвет предметов. Ксеноновые лампы имеют относительно невысокие световые характеристики, требуют сложной системы зажигания, а для некоторых типов и охлаждения — недостатки, поэтому на практике они вытесняются более эффективными МГЛ и НЛВД. Литератула: Л – 1 стр. 129 – 144; Л – 7 стр. 119 – 132. тестовые задания: 90. Соотнесите источники света с основными группами

А. Тепловые	1-люминисцентные лампы, 2-ксеноновые лампы, 3-лампы накаливания, 4-люминесцентные лампы 5-металлогалогеновые 6-галогенные лампы накаливания
Б. Газоразрядные

91. Основной недостаток ламп накаливания является а) малый спектр излучения, тёплого оттенка б) экономическая неэффективность кпд в) малый срок службы 92. Основное достоинство ламп накаливания а) малая стоимость б) небольшой размер 93. Главное положительное свойство газоразрядных ламп а) более высокую эффективность б) разнообразные спектры излучения 94. От чего зависит цветность газоразрядных ламп а) от состава люминофора б) от состава газа в) от метала катодов 95. Недостатоки газоразрядных ламп а) большой вес б) неэкологичность в) плохая цветопередача г) пульсация светового потока 96. Люминесцентные лампы на улице а) не применяются из-за требовательности к холоду б) подходят для освещения пешеходных дорог и площадей в виду высокого кпд 97. Натриевые лампы низкого давления используют в основном в а) в помещениях с требованием к высокой цветопередаче широкого спектра, приближенного к естественному свету б) уличное освещение с высоким кпд, но с желто-оранжевым оттенком 98. Какие лампы применяются в жилых помещениях? а) люминесцентные тёпло-белые б) натриевые лампы высокого давления 99. Металлогалогеновая лампа является ли газоразрядной а) да б) нет 100. Температура излучения вольфрамовой дуги а) 1200 Со б) 2700 К

Основные сведения об источниках света — что нужно знать

Освещение создается источником света — это объект, излучающий энергию, которая воспринимается зрительной системой человека.

Виды и классификации источников света

По природе излучения

Естественные	Искусственные
Самопроизвольно излучают свет	Созданы руками человека
Солнце, огонь, полярные сияния, некоторые животные и растения, фосфор	Зажигалки, спички, лампы, монитор телевизора и т. д

По виду излучения

Тепловые	Люминесцентные
Излучение получается в результате нагрева источника.	Источник света остается холодным.
Огонь, Солнце, лампы накаливания.	Лампы дневного света; рекламные трубки с инертными газами; светлячки, некоторые виды грибов, планктона и рыб.

Также источники света могут быть:

Точечные	Протяженные
Источники света, размеры которых малы по сравнению с расстоянием до наблюдателя и ими в данных условиях можно пренебречь.	Источник света, который нельзя назвать точечным, каждая его точка излучает свет во всех направлениях.
Для наблюдателя с Земли — звезды.	Солнце, лампы дневного света, рекламные вывески.

Один и тот же источник света в разных условиях можно назвать точечным или протяженным.

Пример: если лампа находится достаточно близко к объекту, то она будет протяженным источником света. Если же она находится далеко, то точечным.

Также можно сказать, что от протяженного источника видимое излучение попадает не в одну точку объекта, а на относительно большую его поверхность.

Виды искусственных электрических световых излучателей, исходя из классификации по принципам работы:

1. Тепловые источники света.

Классические лампы накаливания, а также галогенные лампы, угольные дуги, инфракрасные излучатели.

Принцип действия основан на нагревании рабочего элемента (чаще всего — проволоки из вольфрама) до температуры, при которой он начинает испускать инфракрасное излучение и видимый свет.

обладают хорошей цветопередачей;
на работу не оказывает влияния внешняя среда;
не требуют дополнительных устройств для запуска;
экологичные.

КПД менее 3 %. Энергия расходуется на разогрев и поддержание нужной температуры вольфрамовой проволоки;
срок службы не превышает 2000 часов.

Особенность галогенных ламп — более длительный ресурс эксплуатации, около 5000 часов. В колбу устройства вводят специальные галогеновые газы, замедляющие разрушение вольфрамовой нити. Среди плюсов таких ламп — яркий свет, высокое качество цветопередачи.

2. Люминесцентные.

Газоразрядные лампы, лампы с тлеющим разрядом, ртутные лампы с дуговым разрядом низкого и высокого давления.

Электрический импульс создает ультрафиолетовое излучение, при котором наблюдается свечение люминофора в парах ртути.

энергопотребление ниже и срок службы дольше, чем у ламп накаливания;
колбе можно придать любую форму: есть трубчатые, кольцевые и компактные спиралевидные модели;
хороший уровень световой отдачи.

требуется дополнительный пускорегулирующий аппарат;
из-за содержания ртути требуют специальных условий утилизации;
плохой уровень цветопередачи и мерцание.

3. Смешанного типа.

Специализированные излучатели для прожекторных установок (например, авиационных и корабельных), которые способны функционировать в особых условиях.

В основу работы положен нагрев электрической дуги высокой интенсивности. Не встречаются в свободной продаже. Для запуска требуется сложная схема, обеспечивающая нагрев и поддержание разряда, поэтому энергопотребление высокое.

4. Светодиодные или LED (англ. light-emitting diode, LED)

Источники света на основе свето- или фотодиодов.

Светодиоды — полупроводниковые приборы, излучающие свет при пропускании электрического тока постоянной частоты.

Фотодиоды — под действием лучей света накапливают электроны, создавая электрический потенциал. При пропускании электрического тока в прямом направлении электроны перемещаются с одного энергетического уровня на другой и излучают фотоны.

Современные материалы позволяют дать хорошую яркость и охватить почти весь цветовой спектр, поэтому светодиоды широко применяются в качестве осветительных приборов. Бывают в виде сменных ламп или отдельно выполненных светильников — самостоятельных устройств, состоящих из корпуса, светодиода и электрического драйвера (преобразователя питания).

низкая потребляемая мощность,
длительный срок службы;
надежны в использовании;
не требуют специальных условий утилизации.

высокая цена;
при выходе из строя одного из элементов, светильник, сделанный в виде самостоятельного устройства, подлежит замене на аналогичный.

Эти недостатки чаще всего компенсируются экономией на электроэнергии и обслуживании (редкая замена ламп), что особенно актуально для уличного освещения.

Сравнительная таблица источников света приведена на рисунке 1.

Основные параметры источников света

Изучает раздел физики фотометрия.

1. Световой поток Ф, измеряется в лм — люмен. Характеризует мощность излучения, оценивается по световому ощущению глазом человека. Рассчитывается по формуле:

Ф= ε/t, где ε — количество световой энергии (кДж), t — время (измеряется в секундах, минутах или часах).

2. Световая отдача — отношение светового потока лампы к ее мощности, лм/Вт. Эту характеристику используют для оценки экономичности искусственного источника света. Проще говоря, можно узнать, сколько электрической мощности преобразуется в свет.

3. Яркость L, измеряется в кд/м2 (кандела на квадратный метр). Это главный фактор светоощущения.

4. Освещенность E, измеряется в лк (люкс). 1лк равен потоку излучения Ф=1 лм, равномерно распределенному по площади S=1м2.

5. Сила света I, измеряется в кд (кандела). Является показателем интенсивности светового потока в определенном направлении. Рассчитывается по формуле:

I = Ф/Ω, где Ω — телесный угол, измеряется в стерадианах.

Сила света некоторых источников:

Солнце ≈ 3∙1027 кд.
Маяк ≈ 1∙105 кд.
Свеча ≈ 0,5–2 кд.
Прожектор ≈ 8 ∙ 108 кд.
Фара автомобиля (дальний свет) ≈ 12 000 кд.
Светлячок ≈ 0,01–0,001 кд.

Для искусственных источников света также имеют значение:

номинальное напряжение питающей сети U, B;
электрическая мощность W, Вт;
срок службы t, ч;
цветовая температура Tc, К;
цветопередача.

Цвета предметов, изображения будут различаться лучше, если они освещены сплошным равномерным спектром. Чем ближе излучение лампы к солнечному свету, тем она лучше и дороже. При индексе цветопередачи более 90 цвета предметов будут казаться чрезвычайно насыщенными.

При низком индексе трудно определить цвет предмета, однако контуры будут видны. От яркости это практически не зависит.

Какие источники света используют в помещениях и на улице

Определение 2

Уличное освещение — средства искусственного увеличения оптической видимости на улице в темное время суток.

Как правило, осуществляется лампами, закрепленными на мачтах, столбах, путепроводах и других опорах. Для наружного освещения используют газоразрядные лампы высокого давления и светодиодные светильники, поскольку и те, и другие хорошо переносят перепады температур, имеют широкий диапазон мощности и длительный срок эксплуатации.

Для освещения помещений используют:

естественное освещение от прямых солнечных лучей и рассеянного света небосвода;
освещение, создаваемое искусственными источниками света (лампа накаливания, газоразрядные и светодиодные);
совмещение 1 и 2 — при недостатке естественного освещения подключаются искусственные излучатели.

При строительстве и эксплуатации жилых и промышленных зданий учитывают естественное освещение, так как оно необходимо для:

сохранения зрения человека;
повышения работоспособности и жизненного тонуса;
поддержания помещений в надлежащем санитарно-гигиеническом состоянии.

Интенсивность естественного освещения интерьера зависит от следующих факторов:

время суток и сезон года, ориентация зданий по сторонам света;
степень затенения света расположенными рядом зданиями, деревьями и т. п.;
облачность, присутствие в воздухе пыли и газов, которые поглощают солнечные лучи;

количество и расположение окон — на одной или двух наружных стенах, верхних перекрытиях или комбинация этих вариантов.

Современные источники искусственного освещения преобразуют электрическую энергию в световой поток.

Выбор необходимого уровня освещенности в производственных помещениях зависит от:

точности работы;
коэффициента отражения рабочей поверхности;
контраста между деталью и фоном;
времени, в течение которого требуется напряжение зрения;
наличия предметов, опасных для прикосновения.

Виды искусственного освещения:

общее — светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно или рядом с оборудованием;

местное — дополнительно к общему освещению подключаются светильники непосредственно на рабочих местах.

Чаще всего применяют и общее, и местное освещение.

Искусственное освещение в помещении приблизительно можно рассчитать следующим образом:

Подсчитать число ламп в комнате или цехе, сложить их мощность в Ваттах.
Полученную суммарную мощность разделить на площадь помещения. Результат выражается в Вт/м2.
Умножить результат на специальный коэффициент е, показывающий, какое количество люксов дает удельная мощность, равная 1 Вт/м2.