1. Свет. Источники света
Большинство информации, которую получает человек из окружающего его мира — визуальная информация. Мы видим благодаря тому, что наши глаза способны улавливать электромагнитное излучение — свет.
Роль света в жизни человека не сводится только к получению зрительной информации. Свет является причиной многих явлений. Например, фотосинтез — это химическая реакция под действием света. Принцип действия солнечной батареи основан на явлении фотоэффекта (возникновение электрического тока в фотоэлементе при облучении его светом).
Раздел физики, изучающий световые явления называется оптикой.
Свет — это видимое излучение.
Нас окружает множество тел, которые испускаю свет.
Источник света — это тело, которое излучает свет.
Источники света можно разделить на естественные и искусственные.
К естественным источникам света относятся: Солнце, звёзды, атмосферные разряды, а также светящиеся объекты животного и растительного мира (светлячки, медузы и др.)
К искусственным источникам относятся все источники света, созданные человеком: лампы, свечи, телевизор, фейерверки и т.д.
Так же источники света можно разделить на тепловые и люминесцирующие. К тепловым источникам относятся те, которые при излучении света нагреваются: пламя газовой горелки, звёзды, свечи и т.д.
Люминесцирующие называются ещё холодными источниками света. К ним относятся люминесцентные лампы, а так же светлячки, гнилушки и т.д.
В повседневной жизни нам кажется, что свет распространяется мгновенно. На самом деле ещё в \(17\) веке астроном Олаф Рёмер, изучая затмения на Юпитере, предположил, что скорость света имеет конечное значение. Достаточно точно значение скорости распространения света в вакууме измерил Майкельсон в \(1926\) году. Если не требуется высокая точность измерений можно считать, что скорость света равна 3 ⋅ 10 8 м/с. Обозначается скорость света латинской буквой «\(c\)» и считается фундаментальной величиной в физике.
Скорость распространения света в вакууме — это предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий в природе.
c = 3 ⋅ 10 8 м/с
Это означает, что ни одно тело и ни одно взаимодействие во Вселенной не может распространяться в пространстве со скоростью превышающей скорость света в вакууме.
Искусственные источники света (до электричества)
Вся история развития человечества представляет собой преодоление ограничений наложенных на него природой. Сейчас много говорят о том, что, дескать, такое взаимоотношение с окружающим миром — причина многих бед современной цивилизации, однако не будь этого преодоления, этой борьбы человека с природой, не было бы и самой цивилизации, которая позволяет в рамках себя вести такие дискуссии.
Одним из древнейших завоеваний в этой непрекращающейся войне человечества за право вести тот образ жизни, который оно для себя выбирает, было, открытие искусственного освещения. Это открытие состоялось тогда, когда человек еще не умея добывать огонь, научился его поддерживать и сохранять. Таким образом, он обрел помимо источника тепла, необходимого для обеспечения комфортного температурного режима и приготовления пищи, и оружия против диких животных, еще и источник света, позволивший видеть в темное время суток и в местах, куда вообще не проникает естественный свет. Таким образом, искусственное освещение расширило пределы активности человека во времени и пространстве.
Современному человеку довольно сложно представить себе образ жизни своего не такого уж далекого предка, полностью подчиненный природным циклам смены дня и ночи, а для наших широт, еще и зимы и лета (когда продолжительность светового дня колеблется в широких пределах). Единственным подспорьем для слабых человеческих глаз служил неверный свет лучины, или в лучшем случае свечи.
Итак, первым источником искусственного света была горящая ветка дерева, просуществовавшая в виде факела и лучины много тысячелетий. После этого, на протяжении длительного времени, вплоть едва ли не до 19 века прогресс в области искусственного освещения сводился к изобретению масляной лампы и свечи. Несмотря на то, что количество разнородных источников искусственного света было невелико (масляная лампа, использующая жидкое горючее, свеча, использующая в качестве горючего вещество, которое можно назвать «твердым» при нормальных условиях), вариантов их исполнения существовало великое множество, от примитивной плошки с плавающим в налитой в нее горючей жидкости фитилем, до принципиально идентичных, но конструктивно куда более сложных светильников, которые зачастую совмещали в себе функции освещения и, например, отсчета времени.
Само по себе изобретение свечи стало закономерным итогом распространения масляных светильников. Дело в том, что горючим материалом в масляной лампе была либо минеральная горючая жидкость, например нефть (редко), либо растительное масло (наиболее часто), либо животный жир. Однако, жир большинства животных, при нормальных для человека условиях, как правило малотекуч, а следовательно не способен пропитывать фитиль и создавать капиллярный эффект, необходимый для подъема горючего по фитилю, но раз нет возможности поднимать горючее к фитилю, надо опустить фитиль к горючему, от понимания этого, до появления первых сальных свечей оставался один шаг. Этот шаг был сделан, по-видимому, на Дальнем Востоке и в Юго-Восточной Азии задолго до новой эры. Первые свечи представляли из себя отрезки стебля бамбука, заполненные жиром, вдоль вертикальной оси которых помещался фитиль сделанный из растительных волокон. Позднее научились обрабатывать жир таким образом, чтобы он был способен сохранять свою форму самостоятельно, в широком диапазоне температур, там, где позволяли местные ресурсы жир заменяли воском.
По мере развития химии появлялись новые материалы для изготовления свечей, в 1816 году началось производство стеариновых, а в 1840 и парафиновых свечей. Тот факт, что такое производство сохраняется и по сей день, и отнюдь не только для ритуальных нужд, говорит о том, насколько революционным событием было изобретение этого источника искусственного освещения. Действительно, свеча, в сравнении с масляным светильником компактна и неприхотлива, в сравнении с лучиной — имеет более ровное пламя и большую продолжительность горения при одинаковых размерах. Свеча позволила сделать переносной, защищенный от погодных условий фонарь, впервые по-настоящему ярко осветить большое помещение, путем объединения множества свечей на одной платформе, ведь именно для размещения свечей были созданы первые люстры.
Однако на этом стоит закончить оду свече и упомянуть ее естественные недостатки, являющиеся продолжением ее достоинств.
Во-первых, конечно, свеча могла гореть долго, но при этом, чем дольше она должна была гореть, тем больше по размерам она должна была быть, и если топливный резервуар у масляного светильника мог располагаться в относительном отдалении от зоны горения, то для свечи такое разделение было невозможно. Поэтому на протяжении тысяч лет продолжалось параллельное использование свечей и масляных ламп. Там где возникала нужда на небольшой срок ярко осветить помещение, или был необходим мобильный, относительно пожаробезопасный и компактный источник света, применяли свечи. В тех же случаях, когда требовалось продолжительное, иногда в течение многих суток, непрерывное горение, использовались масляные светильники. Здесь следует упомянуть еще и о том, что стоимость света свечи и масляной лампы была, очевидно, разной и менялась во времени, но рассмотрение этого аспекта лежит вне тематики данной статьи.
К концу 18 века развитие производства, рост городов и как следствие изменение ритма жизни вызвали необходимость, а достижения науки и технологии обработки материалов обеспечили возможность увеличения яркости существующих источников искусственного света. И тут проявилось «во-вторых». Увеличить яркость свечения можно было, обеспечив более полное сгорание топлива в светильнике за счет лучшего подвода воздуха к зоне горения, что технически проще было осуществить в случае ее неподвижности, у свечи же зона горения перемещалась весьма ощутимо. Именно поэтому в начале 19 века свеча начала уступать свои позиции там, где важна была яркость освещения.
Начался непродолжительный золотой век газовых и «масляных» ламп (слово масляные взято здесь в кавычки потому, что в этот период топливом стали служить скипидары и продукты нефтепереработки — керосин и бензин).
Как уже было сказано выше, увеличения яркости свечения горящего топлива можно добиться улучшением его сгорания путем оптимизации подвода воздуха. Для этого в 1784 году, проживавший в Великобритании швейцарец Эми Агранд применил (в запатентованной им в этом году лампе) принципы, которые соблюдались в большинстве позднейших конструкций — кольцевой фитиль, защитное стекло, внешний приток воздуха. Кольцевой фитиль позволял осуществлять подачу необходимого для горения топлива воздуха внутрь пламени. Стекло предохраняло пламя от сквозняков. Зазор между стеклом и кольцевым фитилем позволял создать дополнительную тягу и обеспечить приток воздуха к внешней стороне пламени.
В принципе, все позднейшие усовершенствования лампы Агранда сводились к оптимизации формы стеклянной колбы, конструктива фитиля, путей подвода внешнего воздуха, совершенствованию способов подачи горючей жидкости к зоне горения и улучшению светильных свойств самой горючей жидкости.
Единственное фундаментальное улучшение конструкции таких ламп, сделанное после Агранда, это появление калильной сетки, позволившей резко повысить яркость свечения за счет более полного сгорания горючего на ней и свечения самой сетки.
Честь ее изобретения принадлежит Карлу Велсбаху, который в 1885 году предложил «Осветительным приспособлением для газовых и иных горелок«, каковым предложением и завершилось, собственно, принципиальное совершенствование ламп, использующих для освещения горючие вещества. Само по себе изобретение заключалось в том, чтобы специально обработанную ткань поместить в пламя горелки. Специальная обработка сводилась (и сводится сейчас) к тому, что хлопчатобумажная ткань пропитывалась смесью из 99% окиси тория и 1% церия, затем сжигалась, а оставшаяся тонкая структура помещалась в смесь коллодия, эфира, камфары и касторового масла для придания сетке прочности. В результате этого сетка приобретала жаростойкость, способность ярко светиться в нагретом состоянии и способность не рассыпаться в прах при транспортировке.
В заключение разговора об источниках света, использующих в качестве топлива горючие жидкости, нельзя не упомянуть и о керосиновых лампах, которые конечно уступают своим калильным «сестрам» по яркости освещения, но в силу своей неприхотливости, наряду с ними, продолжают оставаться основным источником искусственного света едва ли не для половины населения Земли еще и в двадцать первом веке.
Говоря о неэлектрических источниках света невозможно обойти стороной газовые светильники. Сейчас трудно в это поверить, но в середине 19 века светильный газ считался наиболее прогрессивным топливом для освещения, а его производство — серьезной отраслью индустрии тогдашних ведущих держав. Светильный газ получался перегонкой каменного угля. Для хранения светильного газа строили специальные сооружения — газгольдеры, которые были неотъемлемой деталью пейзажа городов, где было устроено газовое освещение.
Сам по себе газовый светильник (рожок) представлял собой трубку того или иного профиля снабженную механизмом регулирования подачи газа с возможностью полного ее прекращения, а также, иногда, системой позволявшей увеличить приток воздуха к зоне горения (аналогично масляным лампам приток мог быть внутренним — по трубке меньшего диаметра расположенной внутри газовой, и внешним). Изобретенная фон Велсбахом калильная сетка также нашла свое применение в газовых светильниках, но в 1885 году уже просматривалась перспектива внедрения электрического освещения. К тому времени всем уже были очевидны недостатки использования газа для нужд освещения — его токсичность, взрыво- и пожароопасность, как светильников его использующих, так и магистралей подвода газа к ним, и самих хранилищ этого газа.
Однако, газовое освещение — неотъемлемая часть истории развития искусственного света в целом и уличного освещения в частности. О размахе производства светильного газа и его использования для нужд освещения косвенно свидетельствует тот факт, что первый завод по его производству в России был построен в 1838 году, а еще в 1872 году (т.е. совсем незадолго до начала внедрения электрического освещения) были проведены мероприятия по устройству газового освещения Киева. Теме истории развития уличного освещения мы обязательно посвятим отдельную статью.
В заключение следует сказать, что, в общем и целом, к концу 19 века неэлектрические источники света, чей принцип работы был основан на сжигании горючих тел, достигли, видимо, совершенства. Их дальнейшее развитие на существующем технологическом уровне не представляется возможным, однако они заняли и удерживают свою нишу среди прочих источников света. Они используются там, где необходима автономность, в отрыве от цивилизации и предоставляемых ей благ, таких как, например, электричество. Об источниках света использующих электричество, об истории их изобретения, развития и совершенствования пойдет речь в одной из следующих статей.
Авторский материал. Копирование полностью или частично разрешено только при наличии активной (кликабельной) ссылки на эту страницу и указании источника: «сайт 220.ru».
Свет в фотостудии. Урок 3
На этом уроке мы продолжим говорить о характеристиках света, о том, как их можно использовать в фотографии и вспомним законы физики.
Свет бывает естественный и искусственный — в зависимости от происхождения источника освещения. Так, естественный свет — это свет, излучаемый природными источниками. Прежде всего, к ним относятся огонь, солнце, луна и звезды.
Но в природе встречаются и более редкие источники видимого света. Например, светящиеся организмы, скопление которых может создавать световое пятно, достаточное для создания удивительных снимков.
Под естественный свет приходится скорее подстраиваться, чем управлять им: выбирать подходящее время суток и располагать модель относительно света, а не наоборот. Управлять естественным светом можно разве что при помощи отражателей, рассеивателей и проч., перенаправляя лучи света в нужном направлении. Исключением является огонь, которым человек успешно научился управлять — зажигать свечи, костры и факелы в любом количестве.
К искусственному освещению относится свет источников и приборов, созданных руками человека: лампы накаливания, вспышки, газовые фонари, люминесцентные лампы, свечение различных приборов, экранов Искусственным светом, как правило, легче управлять: выбирать угол падения, интенсивность, включать или выключать источник.
С точки зрения фотографии можно выделить источники света, которыми фотограф может беспрепятственно управлять ( вспышки, студийные осветители и др.) и те, к которым приходится приспосабливаться ( солнечный свет, свет в общественном помещении, уличное освещение ночью).
И в том, и в другом случае нелишним будет знание правил распределения света в пространстве:
1. В природе света действует правило обратных квадратов. А именно: сила света обратно пропорционально квадрату расстояния. F L = 1 / s 2 , где F L — сила света ( интенсивность освещения), s — расстояние от источника освещения до объекта съемки. Так, если поставить вспышку на расстоянии 3 метра от модели, то сила света на таком расстоянии будет равна 1/9 исходной мощности импульса.
2. С увеличением расстояния от источника освещения площадь светового пятнаувеличивается.
3. С увеличением расстояния от источника свет становится более мягким.
4. Чем выше плотность вещества, через которое проходит свет, тем быстрее снижается сила света ( т.е. тем сильнее он рассеивается).
А если применить эти знания в фотостудии, то мы можем прийти к практическим выводам:
1. Чем ближе модель к источнику света, тем меньшую экспозицию нужно выставлять(сильнее закрывать диафрагму или сокращать выдержку, либо и то, и другое).
2. Сначала при увеличении расстояния от источника сила света уменьшается очень быстро, затем этот процесс замедляется. Поэтому чем дальше вы расположите модель от источника света, тем большую свободу движений она будет иметь.
3. Для равномерного освещения нескольких объектов съемки располагайте источник освещения дальше от них. Например, при групповом портрете: чем больше людей вы снимаете, тем дальше нужно отодвигать осветительный прибор для равномерного освещения всех портретируемых.
4. Для получения более мягкого рисунка при отсутствии рассеивателей отодвиньте источник света подальше от модели.
5. При невозможности управлять мощностью источника освещения аппаратно ( при помощи переключателей мощности импульса), можно просто отставить осветительный прибор дальше от модели.
6. При съемках в тумане или под водой источник света нужно подносить значительно ближе к объекту съемки для достижения сравнимого результата.
На следующем уроке мы разберем, что такое — цветовая температура и почему некоторые фотографии получаются желтыми, а некоторые синеголубыми.
Естественные и искусственные источники света
Свет — будь он естественный или искусственный — это физическое явление, благодаря которому мы имеем возможность видеть. Без него нам бы оставалось полагаться только на слух, вкус, обоняние, осязание. Зрение же без света работать не может, поскольку глаз является ничем иным, как оптическим прибором, созданным Богом или эволюцией (кто во что верит — не важно). Наше зрение преобразует отражённое от окружающих предметов световое излучение в понятные нашему мозгу сигналы, с которых и складывается картинка, которую мы видим.
На заре своего развития люди (и всё остальное с глазами) довольствовались естественными источниками света. Со временем их стало недостаточно. Человек начал освещать свою жизнь, используя разные энергоносители, которые получилось преобразовывать в свет. Так появились и развивались до нынешнего уровня искусственные источники света.
Что такое источник света?
Для начала хотя бы в общих чертах разберёмся, что такое свет. Потом вернёмся к его источникам.
Свет — с точки зрения физической науки, которая называется оптикой, это электромагнитное излучение, которое способно воспринимать человеческое зрение. Электромагнитные волны имеют разную длину. Наш глаз способен «обрабатывать» те волны, длина которых вписывается в диапазон 400…700 нанометров.
Нанометр (нм или nm)
Единица измерения длины, равная одной миллиардной части метра. Другими словами, в одном привычном нам метре миллиард нанометров. В одном миллиметре их миллион. Что интересно, материальные вещи мы можем видеть, если они не мельче 0,05 мм (50 000 нм). А вот электромагнитные волны, которые короче 380 нм и длиннее 700 нм — невооружённым глазом мы не видим.
Электромагнитные волны той длины, которая воспринимается нашим зрением, принято называть видимым спектром или видимым излучением. В зависимости от того, какой длины волны, излучаемые источником света или отражаемые окружающими нас предметами, мы различаем разные цвета. От фиолетового до красного.
634 02.04.2023
Инфра- и ультра- «свет»
Поскольку наша тема — источники света, — следует упомянуть и о тех их видах, которые мы широко используем, хотя они излучают невидимые нашим глазом электромагнитные волны. Речь об ультрафиолетовых и инфракрасных источниках. Первые мы применяем для обеззараживания, кристаллизации некоторых веществ, развлечения. Источники инфракрасного излучения чаще всего используются для нагрева чего-либо.
Кстати…
Если мы не видим ультрафиолетового и инфракрасного излучения, то это вовсе не означает, что источник их не излучает. Например, наше Солнце даёт нам намного более широкий спектр, чем мы можем видеть. Даже простая лампочка накаливания, и та излучает не только видимый свет, но и инфракрасный.
Источник света — природный или искусственно созданный объект, излучающий электромагнитную энергию. Поскольку видим её мы только в определённом спектре, то и источниками света называем те, которые излучают волны в его рамках. Причиной излучения света чаще всего служит процесс преобразования какой-либо энергии в электромагнитную. Например, в костре свет «рождается» благодаря сгоранию дров. В лампочках в свет преобразуется электрическая энергия. В керосиновой лампе — энергия, заключённая в заправленном топливе.
Стоит также различать что относится к первичным и вторичным источникам света. Первичный источник света — это объект, который непосредственно излучает свет. Например, Солнце или лампочка накаливания. Вторичный источник света — это объект, который отражает своей поверхностью излучаемый первичным источником свет. Например, наша Луна светится за счёт того, что отражает свет Солнца. Предметы вокруг нас — мебель, стены, деревья, люди — это всё вторичные источники света, и видим мы их благодаря тому, что от них отражается свет первичных источников.
209 25.10.2023
Из этого можно сделать важнейший вывод. Для нашего восприятия более ценными являются отнюдь не первичные источники света (лампочки, Солнце). Более того, на многие первичные источники света смотреть неприятно, и даже вредно (есть исключения, например, костёр в камине или на природе). А вот из отражённого (вторичного) от окружающих объектов света складывается большая часть нашего восприятия. Благодаря этому мы можем учиться, взаимодействовать с окружающей средой и другими людьми. Без света человеку свойственно испытывать растерянность, дезориентацию, страх.
Источники света бывают естественными и искусственными.
Естественные источники света
Естественный источник света — природный объект или явление, в набор «способностей» которого входит излучение видимого света. Другими словами, это те источники, которые светят, но созданы исключительно природой, без участия человека.
Примеры естественных источников света:
- Солнце.
- Луна.
- Звёзды.
- Молнии.
- Люминесцирующие живые существа (светлячки и прочие).
- Излучающие свет минералы.
Обратите внимание
Среди прочего в этом списке Луна не является источником света, как таковым. Вернее, первичным источником. Она ничего не излучает, а только отражает солнечный свет. Тем не менее, она есть в этом списке в Википедии и многих других авторитетных источниках. Следуя такой «логике», этот список можно дополнять до бесконечности. Например, внести в него стены зданий, отражающие свет от Луны, которая отразила свет Солнца. Выключенные лампочки, отражающие свет включенных лампочек…
Для человека наиболее важным естественным источником света является Солнце. Оно освещает нашу жизнь в светлое время суток. Несмотря на современное многообразие искусственных источников света, о которых речь пойдёт ниже, Солнцу пока что в деле освещения равных нет. Его свет считается эталонным для нашего зрения, поскольку оно много лет приспосабливалось именно к нему. Солнечный свет обязательно учитывается при проектировании жилых и других зданий. Чтобы использовать его по максимуму, мы применяем различные виды остекления — обычные окна, панорамное остекление, архитектурные решения вроде «второго света», «кукушки», «эркера».
Но этого современному человеку мало. Солнце светит не всегда. Свет его проникает не везде, где мы живём. Поэтому…
Искусственные источники света
Искусственный источник света — техническое устройство, созданное человеком с целью получения света путём преобразования энергии в видимые электромагнитные волны. Считается, что первым источником искусственного освещения был открытый огонь в виде костров и факелов. Не брезгуем им мы, ибо огонь — это одна из трёх вещей, на которые можно смотреть вечно… Сегодня в нашем распоряжении есть очень много искусственных источников света. Мы настолько с ними свыклись, что без них наша жизнь уже кажется нам невозможной. Когда случаются перебои с подачей электроэнергии в тёмное время суток, искусственные источники света — это первое, чего нам не хватает.
Это любопытно
Огонь мы считаем искусственным источником света. Однако, формально он не всегда таковым является. Например, когда мы своими руками разжигаем его в камине или на кострище — это да, искусственный источник света (и тепла). А вот если взять лесной или иной пожар, при свете которого тоже неплохо видно, огонь уже нельзя считать искусственным источником. Разве что пожар устроил человек…
Развитие искусственного освещения
С развитием искусственного освещения человеческая жизнь преобразилась. Сегодня мы этого не замечаем, но искусственному свету мы многим обязаны. Благодаря нему мы больше успеваем сделать за день. Мы можем заниматься своей деятельностью там, куда не проникает солнечный свет. Развитие искусственного освещение не только расширило сферу и временные рамки нашей деятельности. Оно сделало нашу жизнь более комфортной.
Поинтересуйтесь у людей почтительного возраста — насколько комфортно было читать, шить, вязать при свете свечи или даже керосиновой лампы. А ведь это был повседневный досуг до появления телевизора, компьютера и смартфона (которые, к слову, тоже можно назвать искусственными источниками света).
Первые искусственные источники света
Огонь — считается первым тепловым источником света, освоенным человеком. Сначала это был простой костёр на открытой местности. Позже люди научились использовать открытый огонь в «помещениях». Основным энергоносителем в те времена служила древесина (хотя кости мамонтов тоже использовали). Появились первые «фонарики» — факелы. Сначала, скорее всего, это была палка, вытащенная из костра. Позже на факел приделывался горючий материал, который горит дольше и ярче.
Первым «окультуренным» искусственным источником света был древний аналог керосиновой лампы. Только вместо керосина, о котором тогда знать не знали, использовали горючие масла. С открытием воска огонь был перенесён человеком на свечу — изобретение настолько удачное, что и в наши дни его можно купить в магазине.
Большое преимущество первых источников искусственного освещения — это автономность. Топлива сколько угодно много, и оно доступно для использования. Однако есть и довольно существенные недостатки. Открытый огонь — это источник пожара при неосторожном использовании, а также угарного газа, ограничивающего его применение в закрытых пространствах. Например, нельзя в помещении разжечь большой костёр или установить столько свечей, чтобы по освещённости достичь уровня современной копеечной лампочки.
В истории есть немало упоминаний, когда причиной масштабного пожара становилась масляная лампа или аналогичный источник искусственного света.
820 18.03.2023
Газовые фонари
С новыми открытиями в области физики и химии люди получили в своё пользование более удобное, яркое и безопасное освещение — газовое. Газовые фонари или лампы применялись далеко не только для освещения улиц. В домах многих европейских стран этот источник искусственного света был очень популярным и развитым. Газ хранили в баллонах, и его было удобно транспортировать до мест использования по резиновым шлангам и медным трубам.
Источник энергии
Следует отметить, что так называемый светильный газ, который использовали во времена газовых фонарей и ламп, был отнюдь не тем полезным ископаемым, которое все знают сегодня. Газ для освещения изначально делали путём пиролиза жира морских животных. Почитайте произведения Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан», «Дети капитана Гранта», «Таинственный остров». Получение светильного газа было одной из основных целей довольно опасного китобойного промысла.
Немногим позже в качестве горючего газа для освещения стали применять бензол и ацетилен. Но, несмотря на их сравнительно простое добывание, они были чрезвычайно дорогими. Частично именно из-за это их свет померк с изобретением и освоением электрической энергии. Киты и другие «жирные» животные должны быть признательны Василию Петрову, который обнаружил вольтову или электрическую дугу, так как с этого времени искусственный свет изменил вектор развития.
Электрические источники света
Многие наверняка думают, что первым электрическим источником света была лампочка накаливания. Несомненно, это ценнейшее изобретение, плодами которого мы пользуемся до сих пор. И окружённое многочисленными спорами — кто первый придумал…
370 22.01.2023
Между тем, первым источником искусственного преобразования электроэнергии в свет была электродуга. Сегодня этот эффект используется в газоразрядных, неоновых, люминесцентных лампочках. Электрическая дуга — это пробой газовой среды, который возникает при определённом (высоком) напряжении на концах электродов. Изменяя материал электродов, напряжение и расстояние между ними, управляли этим источником света. Позже додумались изменять среду, в которой возникает электродуга. Открыли множество газов, в среде которых дуга горит ярко, долго, и электроэнергии требует не так уж много.
КПД
Современные газоразрядные лампы способны отдавать до 200 люмен на ватт, что в два раза эффективнее, чем может всем известный светодиод. Конечно, только этот факт не может быть причиной массового использования газоразрядных ламп. Светодиоды более распространены, поскольку они дешевле, надёжнее и безопаснее.
Основные искусственные источники света сегодня — это лампы:
- накаливания;
- люминесцентные;
- светодиодные;
- газоразрядные;
- дуговые.
Поскольку они сегодня правят искусственным светом, рассмотрим более детально, с чем их едят.
832 30.11.2022
Характеристики электроосвещения
Характеристики искусственных источников света позволяют определить их эффективность, долговечность, а также то, что мы называем общим словом — яркость. Ключевым параметром любой лампочки является технология, определяющая устройство, принцип работы, себестоимость и ряд других характеристик. В зависимости от технологии источникам света зачастую даются названия. Например, лампочка накаливания светит за счёт нагревающейся до бела нити накаливания. В светодиодной лампе светят светодиоды. В люминесцентных — люминесцирующее вещество.
1.4к. 02.02.2023
К основным характеристикам искусственных источников света относится:
- световой поток;
- освещённость;
- сила света;
- цветовая температура;
- световая отдача;
- потребляемая мощность;
- напряжение питания;
- ресурс.
При этом, потребляемая мощность и напряжение питания — характеристики, которые относятся исключительно к электрическим источникам. Остальными же можно охарактеризовать всё, что излучает свет — свечу, керосиновую лампу, и даже наше Солнце.
Световой поток
Световой поток — это величина, которая показывает количество световой энергии в излучаемом потоке. Единица измерения светового потока — люмен (лм или lm). Определение этой единицы достаточно сложное. С точки зрения простого пользователя люмен можно понимать, как яркость. Чем больше люмен, тем ярче источник.
Например, лампочка накаливания «сотка» (100 Вт) даёт световой поток в 1340 люмен. А вот COB светодиод чуть меньшей мощности выдаёт поток до 15 000 люмен. Галогенные лампы светят чуть ярче, чем лампы накаливания.
Читайте также
О соответствии мощности светодиодных ламп лампам накаливания у нас есть отдельная статья. Также там можно воспользоваться калькулятором, для расчета мощности одной лампы, в зависимости от её типа, площади, назначения помещения и высоты потолка.
Освещённость
Освещённость — это отношение светового потока к площади, на которую он падает. Единица измерения — люкс (лк или lx). Простыми словами — чем больше люкс, тем ярче освещается источником какой-либо предмет. Один люкс — это когда световой поток в один люмен освещает площадь в один квадратный метр.
Примитивный люксметр можно скачать на телефон в виде приложения, которое используя датчик освещённости выдаёт достаточно наглядные показатели (этот же датчик в телефоне используется для автоматической регулировки яркости экрана и других функций).
В отличие от люменов, люксы характеризуют яркость не самого источника света, а яркость освещённости объектов, на которые падает свет. Другими словами, чем больше люкс, тем нам предметы кажутся лучше освещёнными.
Например, Солнце в ясный день даёт освещённость до 130 000 люкс (в тропиках). Полная Луна — около 1 лк. Чтобы в рабочем кабинете было комфортно работать, в нём нужно организовать освещённость порядка 400 люкс. Это соответствует моменты восхода или заката Солнца в безоблачный день.
Светоотдача
Светоотдача (световая отдача) — это отношение светового потока источника к потребляемой им мощности. Для измерения используется единица люмен на ватт (лм/Вт). То есть, светоотдача показывает, сколько света даёт лампочка, потребляющая столько-то ватт электроэнергии. Данный показатель наиболее наглядно показывает эффективность электроосвещения.
Например, 100-ваттная лампа накаливания обладает светоотдачей 13,8 лм/Вт. Такой же мощности галогеновая — 16,7 лм/Вт. Светодиодные — до 50 лм/Вт. Газоразрядные — до 200 лм/Вт.
Следует отметить, что у ламп, в которых источником света является нить накаливания, с повышением мощности светоотдача увеличивается далеко не пропорционально. Так, если «сотка» даёт 13,8 лм/Вт, то вдвое более мощная «двухсотка» — только 15,2 лм/Вт (а не 28, как хотелось бы). А вот светодиодные, ксеноновые, газоразрядные, люминесцентные таким «воровством ватт» не отличаются.
Сила света
Сила света — величина, которая характеризует световую энергию, переносимую в некотором направлении за единицу времени. Измеряется в канделах (кд или cd). Достаточно сложная для понимания характеристика, поэтому подробно разбирать здесь не будем. Тем более, что для классификации источников света она почти не применяется. Рассмотрим лишь пару примеров для наглядности.
Единица измерения кандела названа по латинскому слову candela, что переводится, как свеча. Название дано не просто так. Сила света одной свечи — 1 кд. Лампа накаливания на 100 Вт светит силой 100 кд. Примерно с такой же силой светит 20-ваттная люминесцентная лампа.
Для сравнения:
Сила света Солнца оценивается в 2 800 000 000 000 000 000 000 000 000 кд
Цветовая температура
Как уже упоминалось выше, наиболее комфортным для нашего зрения является солнечный свет. В особенности это распространяется на его цветовую температуру.
Цветовая температура — простыми словами, оттенок излучаемого источником света (научное определение гораздо сложнее и требует много времени для понимания). Измеряется в кельвинах (К). Различают нейтральные оттенки, тёплые и холодные. Солнечный свет — нейтральный (5000 К). Многие люминесцентные и светодиодные лампы дают такой же свет. Ксенон, неон, газоразрядные лампы — в большинстве дают холодный свет. Тёплыми тонами отличаются лампы накаливания. Хотя люминесцентные и светодиодные тоже бывают тёплыми.
1.4к. 26.12.2022
Потребляемая мощность
Потребляемая мощность (электрическая) — величина, характеризующая скорость преобразования электрической энергии в свет. Измеряется в ваттах (Вт или W). Чем мощнее источник света, тем больше электроэнергии он кушает в единицу времени, и тем дороже обходится его работа по итогу. В осветительной технике используется для расчёта общей мощности системы, а также для обозначения эффективности источников света (см. «Светоотдача»).
В повседневной жизни встречаются источники света, мощность которых не превышает сотни ватт. С появлением энергосберегающих и светодиодных ламп эта планка опустилась до пары десятков ватт. Лишь для освещения больших территорий и других узконаправленных задач применяются более мощные источники света (на киловатт и более).
Потребляемая мощность позволяет также рассчитать, сколько денег «скушает» та или иная лампочка за отчётный период. Например, 100-ваттная лампа накаливания, работающая ежедневно по 3 часа, за месяц превратит в свет 9 кВт*ч электроэнергии или 36 рублей денег (при тарифе 4 руб./кВт*ч). Подробнее можно прочитать в нашей статье.
Напряжение питания
Все электрические источники искусственного света рассчитаны на определённое напряжение питания. Ну, или почти все (светодиоды рассчитываются на ток). В нашей стране лампочки для освещения рассчитаны на 220 — 240 В. Автомобильные — на 12 В (на 24 в грузовиках). В некоторых сферах применяются и другие номиналы — 36, 48 В. В старых фонариках устанавливались лампочки накаливания на 3,6 В или на 6 В.
Для информации
Номинальное напряжение питания ксеноновой автомобильной лампочки составляет 85 В, тогда как для её розжига требуется около 25 000 В. Поскольку в бортовой сети автомобиля есть только 12 В, питание ксеноновых ламп организовано через специальные блоки розжига.
Ресурс
Не менее важная с точки зрения потребителя характеристика, чем все остальные. Ведь никому не хочется менять сгоревшие лампочки по несколько раз на дню, что неизбежно приходилось делать во времена свечей и ламп на жидком топливе.
Ресурс искусственного источника света — время, продолжительность работы до отказа. Устанавливается производителями, но изначально определяется технологией, по которой изготовлен источник света. То есть, как ты не усовершенствуй старую добрую лампочку накаливания, она не может работать больше 1000 часов.
Имеется в виду, что не может в нормальном режиме эксплуатации. Когда она регулярно включается и выключается, подвергается воздействию скачков напряжения, вибрациям. Вероятно, вы слышали о лампочке накаливания, которая очень долго светит, и не перегорает. Называется она столетней лампой, и светит непрерывно с 1901 года. Секрет её «долгожительства» отнюдь не в сверхъестественном качестве. Просто она светит еле-еле, и её «не клацают» туда-сюда. То есть, с точки зрения практичности она — бесполезна. Но история, всё равно, занятная.
Если рассматривать лампочки, которые используются повсеместно и с пользой, то у них ресурс несколько скромнее:
- лампа накаливания — 1000 часов;
- люминесцентные «экономки» — 7000 часов;
- светодиодные нормального качества — до 50 000 часов.
Следует подчеркнуть, что ресурс во многом зависит от условий эксплуатации источника света. Например, лампы накаливания перегорают быстрее, если их часто включать и питать повышенным напряжением. Светодиоды «умирают» из-за недостаточно эффективного теплоотвода.
Кроме того, есть такое понятие, как естественный износ. К примеру, вольфрамовая спираль (или нить) в лампе накаливания постепенно теряет этот самый вольфрам, становясь всё тоньше и тоньше. Из-за этого меняется её электрическое сопротивление и способность «выдерживать» ток, на который она рассчитана изначально. Нить просто разрывается, и лампа гаснет навсегда. В галогеновых лампах этот эффект частично побеждён. Посмотрите при случае внутрь такой лампы — спираль расположена в маленькой колбе («лампочке в лампе»), в которую ещё и газ особый закачан.
Занятная история
С 1924 по 1939 год существовал картель Phoebus, в который входили такие акулы «лампового бизнеса», как Osram и Philips (и не только эти). Так вот, они сговорились намеренно укорачивать ресурс лампочек, чтобы те чаще перегорали и вынуждали пользователей покупать новые. Многие (судя по роликам на You Tube) верят, что картель существует до сих пор. Видимо, не хватает сил дочитать эту историю в Википедии до конца
Сегодня ресурс искусственных источников света больше всего «упирается» в золотую середину, к которой стремятся производители. С одной стороны, это качество материалов и затраты на них. Многие экономят на этом, давая рынку более низкие цены. С другой стороны — режимы работы лампочек, ниже которых они превращаются в тусклые и бесполезные изделия. В конце концов, ничего вечного нет. Даже наше Солнце, и то будет светить не вечно (на наш век хватит).
Итоги
Искусственные источники освещения отличаются от естественных тем, что они созданы человеком. Контролируемый огонь, свечи, керосиновые и газовые лампы, все виды электрических лампочек — это всё искусственные источники света. К источникам естественного света относят объекты или явления, созданные природой без участия человека. Солнце, звёзды, полярное сияние, молния — это источники естественного света. Основным в нашей жизни является солнечный свет. Под его параметры наилучшим образом приспособлены наши глаза. Но, поскольку Солнце не светит ночью и в закрытых помещениях, человек вынужден был придумать искусственные источники света. Они делают нашу жизнь более продуктивной, удобной, комфортной, безопасной.