Виды источников света

Применение искусственных источников видимого излучения

Каждый искусственный источник электромагнитного излучения определенного типа используется человеком в той или иной сфере деятельности. Области применения источников света следующие:

• Лампы накаливания продолжают оставаться основными источниками освещения помещений благодаря их низкой цене и хорошему индексу цветопередачи. Однако эти лампы постепенно вытесняются галогеновыми.
• Галогеновые лампы задумывались как электроприборы, которые должны были повысить эффективность ламп накаливания, заменив их. В настоящее время они нашли свое применение в автомобилях.
• Флуоресцентные источники света применяются главным образом для освещения офисов и других служебных помещений благодаря своему разнообразию форм и излучению рассеянного и равномерного света. Эффективность излучения такого типа ламп повышается с увеличением их длины и диаметра.

Характеристики света

Одной из субъективных характеристик света, воспринимаемой человеком в виде осознанного зрительного ощущения, является его цвет, который для монохроматического излучения определяется главным образом частотой света, а для сложного излучения — его спектральным составом.

Свет может распространяться даже в отсутствие вещества, то есть в вакууме. При этом наличие вещества влияет на скорость распространения света.

Скорость света в вакууме с = 299 792 458 м/с (точно, так как с 1983 года единица длины в СИ — метр — определяется как расстояние, проходимое светом за определённый промежуток времени).

Свет на границе между средами испытывает преломление и отражение. Распространяясь в среде, свет поглощается веществом и рассеивается. Оптические свойства среды характеризуются показателем преломления, действительная часть которого равна отношению фазовой скорости света в вакууме к фазовой скорости света в данной среде, мнимая часть описывает поглощение света. В изотропных средах, где распространение света не зависит от направления, показатель преломления является скалярной функцией (в общем случае — от времени и координаты); в анизотропных средах он представляется в виде тензора. Зависимость показателя преломления от длины волны света (дисперсия) приводит к тому, что свет разных длин волн распространяется в среде с разной скоростью; благодаря этому возможно разложение немонохроматического света (например, белого) в спектр.

Как любая электромагнитная волна, свет может быть поляризованным. У линейно поляризованного света определена плоскость (т. н. плоскость поляризации), в которой происходят колебания электрического вектора волны. У циркулярно поляризованного света электрический вектор, в зависимости от направления поляризации, вращается по или против часовой стрелки. Неполяризованный свет является смесью световых волн со случайными направлениями поляризации. Поляризованный свет может быть выделен из неполяризованного пропусканием через поляризатор или отражением/прохождением на границе раздела сред при падении на границу под определённым углом, зависящим от показателей преломления сред (см. угол Брюстера). Некоторые среды могут вращать плоскость поляризации проходящего света, причём угол поворота зависит от концентрации оптически активного вещества; это явление используется, в частности, в поляриметрическом анализе веществ (например, для измерения концентрации сахара в растворе).

Количественно интенсивность света характеризуют с помощью фотометрических величин нескольких видов. К основным из них относятся энергетические и световые величины. Первые из них характеризуют свет безотносительно к свойствам человеческого зрения. Они выражаются в единицах энергии или мощности, а также производных от них. К энергетическим величинам в частности относятся энергия излучения, поток излучения, сила излучения, энергетическая яркость, энергетическая светимость и облучённость.

Каждой энергетической величине соответствует аналог — световая фотометрическая величина. Световые величины отличаются от энергетических тем, что оценивают свет по его способности вызывать у человека зрительные ощущения. Световыми аналогами перечисленных выше энергетических величин являются световая энергия, световой поток, сила света, яркость, светимость и освещённость.

Учёт световыми величинами зависимости зрительных ощущений от длины волны света приводит к тому, что при одних и тех же значениях, например, энергии, перенесённой зелёным и фиолетовым светом, световая энергия, перенесённая в первом случае, будет существенно выше, чем во втором. Такой результат отражает тот факт, что чувствительность человеческого глаза к зелёному свету выше, чем к фиолетовому.

Видимый свет — электромагнитное излучение с длинами волн ≈ 380—760 нм (от фиолетового до красного).

Люминесцентное излучение

Этот тип излучения возникает без предварительного нагрева тела и состоит из двух последовательных физических процессов:

1. Поглощение электронной подсистемой энергии и переход этой подсистемы в возбужденное энергетическое состояние.
2. Излучение в световом диапазоне, связанное с возвращением электронной подсистемы в основное энергетическое состояние.

Если оба этапа происходят во временном интервале в несколько секунд, то процесс называется флуоресценцией, например, излучение экрана телевизора после его выключения является флуоресцентным. Если же оба этапа процесса излучения происходят в течение несколько часов и дольше, то такое излучение называется фосфоресценцией, например, светящиеся часы в темной комнате.

Классификация светильников по способу распространения света.

В проектировании интерьера важную роль играет распределение света в помещении. Поэтому мы считаем, что определенно стоит рассмотреть классификацию светильников по способу распространения света:

2.1 — Создающие прямое освещение светильники

У светильников прямого света не менее 80% излучения направлено в нижнюю полусферу.

Примеры светильников прямого света:

Подвесной светильник Flos Smithfield S ECO Black F1361030

Подвесной светильник Vibia Slim 0935-04

2.2 — Создающие отражённый свет

Светильники отраженного света направляют более 80% излучения в верхнюю полусферу. На свойства отраженного света влияют формы и направления источника света, а также ориентация отражающей поверхности и её свойства. Такой тип используют, когда есть необходимость избежать теней. В плане экономичности светильники отражённого света проигрывают светильникам прямого.

Примеры светильников отраженного света:

Подвесной светильник Lederam S2 Pendant — Catellani & Smith

Напольный светильник Sorry Giotto 3 от Catellani&Smith

2.3 — Диффузные светильники (рассеянного света)

Светильники такого типа излучают свет равномерно во всех направлениях, создают мягкое освещение без засветов.

Сколько требуется человеку света

Для оценки люминесценции применяют следующие физические величины:

1. Световой поток. Это количество энергии, излучаемой источником в видимом спектре за единицу времени, т. е. мощность. Измеряется в люменах (лм).
2. Освещенность. Это световой поток, приходящийся на единицу площади поверхности. Измеряется в люксах (лк). При освещенности в 1 лк на 1 кв. м поверхности поступает световой поток в 1 лм.

Второй показатель зависит от следующих факторов:

• светового потока источника;
• расстояния от него до освещаемой поверхности.

Требуемая освещенность зависит от вида деятельности (приведены показатели в лк):

1. Минимальная, необходимая для комфортного состояния — 200.
2. Для действий, не связанных с разглядыванием мелких предметов, — 300.
3. Для работы с текстами или за компьютером, в переговорных комнатах — 500.
4. Для чтения или изготовления технических чертежей — 750.

Низкая освещенность будет способствовать перенапряжению глаз, быстро вызывать их усталость.

Сколько нужно светить, чтобы правильно жить

Недостаток света не только портит зрение, но и провоцирует усталость. Незнание элементарных азов по части освещённости создаёт нам неудобства. То, что наше зрение адаптируется и не особо ощущает разницу в лк, доходящую порой до тысячи единиц, часто приводит к ощущению дискомфорта, вызванного непонятно чем.

Чисто вымытая комната воспринимается как мрачная и грязная, если использовать ЛН в 25 ватт. И в то же время, применяя в грязном помещении очень яркую ЛЛ, мы добьёмся противоположного эффекта.

Часто в домах встречаются двух- и трёхрожковые люстры по 60–75 ватт на каждую лампочку. Между тем, потребность человеческого глаза примерно в 4 раза выше. Многие из нас даже не подозревают, что живут при недостаточном освещении, причиняя тем самым вред своему здоровью.

Существуют официальные нормы освещения, указанные в лк для различных помещений. Но следовать им буквально, во-первых, технически сложно, во-вторых, не обязательно — по нескольким причинам:

• разница в 100–200 лк не воспринимается на глаз;
• параметры рассчитаны на среднестатистическое зрение без учёта индивидуальности;
• нормы указаны минимальные по причине необходимости экономии электроэнергии.

Следовательно, нормы должны служить лишь ориентиром, а подбирать ИО стоит под свои личные нужды, подразделяя потребности и учитывая нюансы — методом проб и ошибок. Главное правило — со светом переборщить невозможно. Это особенно актуально для людей, занимающихся точной работой, которая требует постоянного напряжения глаз (ювелиры, швеи, часовщики). Даже покупая, на ваш взгляд, слишком яркий светильник, вы не достигнете уровня излучения, эквивалентного по мощности солнечному.

Об освещённости и цветовой температуре света

Ряд параметров ламп определяет насколько они применимы в том или ином проекте.

Световой поток определяет количество света, которое дает лампа (измеряется в люменах). Установленная в люстре лампа накаливания мощностью 100 Вт имеет световой поток 1200 лм, 35-ватная «галогенка» — 600 лм, а натриевая лампа мощностью 100 Вт — 10 000 лм.

У разных типов ламп разная световая отдача, определяющая эффективность преобразования электрической энергии в свет и, следовательно, разную экономическую эффективность применения. Световую отдачу лампы измеряют в лм/Вт (светотехники говорят «люменов с ватта», имея в виду, что каждый ватт потребляемой электроэнергии «преобразуется» в некоторое количество люменов светового потока).

Переходя от количества к качеству, рассмотрим цветовую температуру (Т_цв, единица измерения — градус Кельвина) и индекс цветопередачи (Ra). При выборе ламп дизайнер обязательно учитывает цветовую температуру для той или иной установки. Комфортная среда сильно зависит от того, какое освещение в помещении «тёплое» или «холодное» (чем выше цветовая температура, тем «холоднее» свет).

Цветопередача — важный параметр, о котором часто забывают. Чем более сплошной и равномерный спектр у лампы, тем различимее цвета предметов в её свете. У Солнца сплошной спектр излучения и наилучшая цветопередача, при этом Т_цв меняется от 6000К в полдень до 1800К в рассветные и закатные часы. Но далеко не все лампы могут сравниться с Солнцем.

Если у искусственных световых источников теплового излучения сплошной спектр и нет проблем с цветопередачей, то разрядные лампы, имеющие в своем спектре полосы и линии, сильно искажают цвета предметов.

Индекс цветопередачи тепловых источников равен 100, для разрядных он колеблется от 20 до 98. Правда, индекс цветопередачи не даёт сделать вывод о характере передачи цветов, а иногда способен запутать дизайнера. Так, у люминесцентных ламп и у белых светодиодов хорошая цветопередача (Ra=80), но при этом они неудовлетворительно передают некоторые цвета.

Другой крайний случай, когда индекс цветопередачи более 90 — в этом случае некоторые цвета воспроизводятся неестественно насыщенными.

Лампы выходят из строя. Кроме того, световой поток лампы уменьшается в процессе работы. Срок службы — основной эксплуатационный параметр источников света.

Проектируя осветительную установку нельзя забывать об обслуживании, т. к. частая замена ламп увеличивает стоимость эксплуатации и вносит дискомфорт.

Важная информация

Одно из непреложных требований к ИО любого типа — безопасность: наличие заземляющего эффекта, изоляции, отсутствия доступа для детей к источнику электроэнергии.

Эффект заземления достигается с помощью плотного контакта с почвой токопроводящего объекта. Бывают естественные и искусственные заземлители: первые созданы природой (деревья), вторые человеком (громоотвод, резина). В условиях грозы, сопровождающейся молниями, искусственное заземление не раз уберегало человека от электротравм.

ИО незаменимы для создания селфи, ставших за последнее время ультрамодным веянием. При естественном освещении создать качественное селфи возможно, но это технически сложнее — нужно учитывать, где находится солнце, чтобы лицо не оказалось в контражуре, что для селфи недопустимо. ИО позволяет контролировать и регулировать степень освещённости, поэтому сделать селфи при искусственном освещении намного проще. Данное явление настолько популярно в наше время, что не исключён вариант, что в недалёком будущем в гигиенические требования к искусственному освещению включат пригодность к качественным селфи.

Невозможно полностью отказаться от естественного освещения. Но и обойтись им одним тоже нереально для современного человека. Найденный оптимальный баланс естественного и искусственного освещения помещений создаст комфортную обстановку дома, способствующую продуктивному труду, настроение на работе и благоприятную для отдыха атмосферу в местах развлечений.

Основные характеристики приборов

Основными характеристиками источников света являются следующие:

Световой поток. Физическая величина, которая характеризует количество света, испускаемого источником за одну секунду во всех направлениях. Единицей измерения светового потока является люмен. Интенсивность излучения. В некоторых случаях возникает необходимость в знании распределения светового потока вокруг его источника. Именно это распределение и описывает данная характеристика, которая измеряется в канделах. Освещенность. Измеряется в люксах и представляет собой отношение светового потока к освещаемой им площади. Эта характеристика важна для комфортного выполнения определенных видов работ. Например, по международным нормам освещенность на кухне должна быть около 200 люкс, а для учебы уже необходимы 500 люкс. Эффективность излучения

Является важной характеристикой любой электрической лампы, поскольку она описывает отношение светового потока, создаваемого данным прибором, к потребляемой им мощности. Чем больше это отношение, тем более экономичной считается лампа

Индекс цветопередачи. Указывает на то, насколько точно лампа воспроизводит цвета. Для ламп хорошего качества этот индекс лежит в области 100.
Цветовая температура. Представляет собой меру “белизны” света. Так, свет с преобладающими красно-желтыми цветами считается теплым и имеет цветовую температуру меньше 3000 К, холодный свет имеет синие цвета и характеризуется цветовой температурой выше 6000 К.

Различные типы источников света

Определение 1Источником 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:

Готовые работы на аналогичную тему

Курсовая работа Источники света 450 ₽ Реферат Источники света 260 ₽ Контрольная работа Источники света 190 ₽

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимость

• 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.

Источники света

Свет создаётся во многих физических процессах, в которых участвуют заряженные частицы. Наиболее важным является тепловое излучение, имеющее непрерывный спектр с максимумом, положение которого определяется температурой источника. В частности, излучение Солнца близко к тепловому излучению абсолютно чёрного тела, нагретого до примерно 6000 К, причём около 40 % солнечного излучения лежит в видимом диапазоне, а максимум распределения мощности по спектру находится вблизи 550 нм (зелёный цвет). Другие процессы, являющиеся источниками света:

• переходы в электронных оболочках атомов и молекул с одного уровня на другой (эти процессы дают линейчатый спектр и включают в себя как спонтанное излучение — в газоразрядных лампах, светодиодах и т. п. — так и вынужденное излучение в лазерах);
• процессы, связанные с ускорением и торможением заряженных частиц (синхротронное излучение, циклотронное излучение, тормозное излучение);
• черенковское излучение при движении заряженной частицы со скоростью, превышающей фазовую скорость света в данной среде;
• различные виды люминесценции:
  • сонолюминесценция
  • триболюминесценция
  • хемилюминесценция (в живых организмах она носит название биолюминесценция)
  • электролюминесценция
  • катодолюминесценция
  • флюоресценция и фосфоресценция
  • сцинтилляция

В прикладных науках важна точная характеристика спектра источника света. Особенно важны следующие типы источников:

• Абсолютно чёрное тело
• Источник А
• Источник В
• Источник С
• Источник D₆₅

Указанные источники имеют разную цветовую температуру.

Лампы дневного света, выпускаемые промышленностью, испускают излучение с различным спектральным составом, в том числе:

• Лампы белого света (цветовая температура 3500 К),
• Лампы холодного белого света (цветовая температура 4300 К)

Важность естественного света для здоровья человека

Для всех организмов, которые обитают на планете Земля, вращение нашей планеты и периодичность дня и ночи являются важными процессами для нормальной жизнедеятельности и протекания биологического цикла. Более того, чтобы быть здоровыми, большинство живых существ нуждаются в прямом солнечном излучении.

Если говорить о человеке, то недостаток солнечного света приводит к развитию депрессии, а также к недостатку витамина D, поскольку полученный человеком загар позволяет организму усваивать этот витамин с большей легкостью.

Результаты одного исследования продемонстрировали, что достаточное нахождение человека под прямыми солнечными лучами позволяет снизить и облегчить некоторые симптомы определенных заболеваний. В частности, связанные с депрессией проблемы полностью или частично исчезали у 20% пациентов. Естественно, что один лишь солнечный свет не является лекарством против депрессии, однако он является неотъемлемой частью комплексного лечения.