Искусственные источники света — это технические устройства различных конструкций, преобразующие энергию в световое излучение. Источники света используют в основном электрическую энергию, но также иногда химическую энергию и другие способы генерации света (например, триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция и т.д.).
Наиболее часто используемые источники света для искусственного освещения делятся на три группы — газоразрядные лампы, лампы накаливания и светодиоды. Лампы накаливания являются тепловыми источниками света. Видимое излучение производится путем электрического нагрева вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение в оптическом спектре возникает в результате электрических разрядов в атмосфере инертных газов и паров металлов и явления люминесценции, которое преобразует невидимое ультрафиолетовое излучение в видимый свет.
Газоразрядные лампы предпочтительны в системах промышленного освещения. Лампы накаливания допускаются, если использование газоразрядных ламп невозможно или экономически оправдано.
Основные характеристики источников света:
- — номинальное напряжение питания U, В;
- — электрическая мощность Вт, Вт;
- — световой поток Ф, лм;
- — светоотдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) лм/Вт;
- — жизнь лампы t, h;
- — Цветовая температура Tc, К.
Лампы накаливания
Лампа накаливания — это источник света, в котором преобразование электрической энергии в световую происходит в результате электрического нагрева тугоплавкого проводника (вольфрамовой нити). Эти устройства предназначены для бытового, местного и специального освещения. Последние обычно отличаются по внешнему виду — цвету и форме луковицы. КПД ламп накаливания составляет около 5-10%, то есть часть потребляемой электроэнергии преобразуется в видимый свет, а большая часть — в тепло. Все лампы накаливания состоят из одних и тех же основных компонентов. Но их размер, форма и расположение могут сильно отличаться, поэтому разные конструкции несхожи и имеют разные характеристики.
Существуют лампы, колбы которых заполнены криптоном или аргоном. Криптоновые обычно имеют форму гриба. Они меньше по размеру, но обеспечивают примерно на 10% больше светового потока, чем аргоновые лампы. Сферические лампы предназначены для светильников, выполняющих роль декоративных элементов; лампы в форме трубки используются для подсветки зеркал в стенных шкафах, ванных комнатах и т.д. Лампы накаливания имеют световую отдачу от 7 до 17 лм/Вт и срок службы около 1 000 часов. Они являются источниками света с теплым оттенком, поэтому создают ошибки при воспроизведении синих, желтых и красных тонов. В интерьерах, где требования к цветопередаче высоки, лучше использовать другие типы ламп. Лампы накаливания также не рекомендуется использовать в больших помещениях и для создания освещения выше уровня 1 000 люкс, так как они выделяют много тепла и "перегревают" помещение.
Несмотря на эти ограничения, они по-прежнему являются классическим и любимым источником света.
Галогенные лампы накаливания
Причина проста: вольфрам, испаряющийся из нити накаливания, оседает в виде темного слоя на внутренних стенках колбы. Современные галогенные лампы лишены этого недостатка, благодаря добавлению галогенных элементов (йода или брома) в наполняющий газ.
Существует два типа ламп накаливания: трубчатые — с длинной нитью накала, расположенной вдоль оси кварцевой трубки — и колпачковые — с компактным корпусом нити накала.
Цоколи небольших бытовых галогенных ламп могут быть резьбовыми (тип E), которые подходят к обычным цоколям, и штырьковыми (тип G), для которых требуется другой тип цоколя.
Световая отдача галогенных ламп составляет 14-30 лм/Вт. Они являются источником теплого цвета, но их световой спектр ближе к спектру ламп накаливания. Это дает отличную "передачу" цветов мебели и интерьеров в теплых и нейтральных тонах, а также цвета человеческих лиц.
Галогенные лампы используются повсеместно. Вместо обычных ламп накаливания можно использовать лампы накаливания с цилиндрической или свечеобразной колбой, рассчитанные на напряжение сети 220 В. Низковольтные рефлекторные лампы практически незаменимы для акцентного освещения картин, а также в жилых комнатах.
Люминесцентные лампы
Люминесцентные лампы (ЛФ) — это газоразрядные лампы низкого давления (ГНД), представляющие собой цилиндрические трубки с электродами, в которые закачиваются пары ртути. Они потребляют гораздо меньше электроэнергии, чем лампы накаливания или даже галогенные лампы, и имеют гораздо больший срок службы (до 20 000 часов). Благодаря своей экономичности и долговечности они являются наиболее широко используемым источником света. В странах с мягким климатом люминесцентные лампы широко используются в городском наружном освещении. В более холодных регионах им мешает снижение светового потока при низких температурах. Принцип действия основан на свечении люминофора, который нанесен на стенки колбы. Электрическое поле между электродами лампы заставляет пары ртути испускать невидимое ультрафиолетовое излучение, а люминофор преобразует это излучение в видимый свет. Выбирая тип люминофора, можно изменять оттенок цвета излучаемого света.
Разрядные лампы высокого давления
Принцип работы газоразрядных ламп высокого давления заключается в накаливании материала наполнителя в газоразрядной трубке с помощью электрической дуги.
Искусственные источники света — Сергей Пономаренко / ПостНаука
Два основных вида разряда высокого давления, используемых в лампах, — ртутный и натриевый. Оба дают довольно узкую полосу света: ртуть разряжается в синей части спектра, а натрий — в желтой, поэтому цветопередача ртути (Ra=40-60) и особенно натрия (Ra=20-40) оставляет желать лучшего. Добавление ртутной лампы внутри газоразрядной трубки позволило создать новый класс источников света — металлогалогенные лампы (МГЛ), отличающиеся очень широким спектром излучения и превосходными характеристиками: высокая светоотдача (до 100 Лм/Вт), хорошая и отличная цветопередача Ra=80-98, широкий диапазон цветовой температуры от 3000К до 20000К, средний срок службы около 15 000 часов. MFL успешно используются в архитектурном, ландшафтном, техническом и спортивном освещении. Еще более широко используются натриевые лампы. На сегодняшний день это один из самых экономичных источников света благодаря высокой светоотдаче (до 150 Лм/Вт), длительному сроку службы и доступной цене. Натриевые лампы широко используются для освещения автомобильных дорог. В Москве для освещения пешеходных зон часто используются натриевые лампы, что не всегда целесообразно из-за проблем с цветопередачей.
Светодиоды
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Специально выращенные кристаллы обеспечивают минимальное энергопотребление. Превосходные свойства светодиодов (светоотдача до 120 Лм/Вт, цветопередача Ra=80-85, срок службы до 100 000 часов) уже сделали светодиоды лидером в светотехнике, автомобильной и аэрокосмической технике.
Естествознание. 1 класс. Что такое искусственные источники света /09.04.2021/
Светодиоды используются в качестве индикаторов (индикатор включения питания приборной панели, буквенно-цифровой дисплей). В больших уличных дисплеях и ползунках используется массив (кластер) светодиодов. Мощные светодиоды используются в качестве источника света в фонарях и прожекторах. Они также используются для подсветки жидкокристаллических дисплеев. Последние поколения этих источников света можно встретить в архитектурном и интерьерном освещении, а также в бытовом и коммерческом освещении.
— Высокая механическая прочность, устойчивость к вибрации (без катушки или других чувствительных компонентов).
— Длительный срок службы.
— Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Преимущество для индикации и передачи данных, но недостаток для освещения. Только лазер имеет более узкий спектр.
— Малый угол излучения также является преимуществом и недостатком.
— Безопасность — не требует высокого напряжения.
— Нечувствителен к низким и очень низким температурам. Однако высокие температуры противопоказаны для светодиодов, как и для любого полупроводника.
— Отсутствуют ядовитые компоненты (ртуть и т.д.), поэтому их легко утилизировать.
— Недостатком является высокая цена.
— Срок службы: среднее полное время работы светодиодов составляет 100 000 часов, что в 100 раз превышает срок службы лампы накаливания.
Цветовая температура
Под цветовой температурой мы понимаем, насколько желтым или синим является белый свет источника света, в зависимости от значения в градусах Кельвина. Нейтральной цветовой температурой считается 4000-5000 Кельвинов, теплой — 2000-3500 Кельвинов и холодной — 5200-10000 Кельвинов.
Газоразрядные лампы
Продолжая тему энергоэффективного освещения, распространенным источником света являются газоразрядные лампы. К газоразрядным источникам света относятся пары ртути, натрий высокого и низкого давления, металлогалогенные, а также люминесцентные и ксеноновые лампы. К прямым энергосберегающим лампам относятся: NLWDs, MGLs и LLs.
Негативные факторы влияющие на выход из строя трековых светильников
Помимо очевидных причин, таких как некачественные компоненты (драйверы, светодиодные модули, разъемы и корпусные устройства), существуют косвенные причины, о которых мало кто задумывается, да и зачем, ведь они могут привести не только к выходу из строя осветительного оборудования, но и к более катастрофическим последствиям, таким как пожар в магазине.
