Источники света и какие они бывают

Что такое источник света

При разговоре об источнике света, мы подразумеваем объект, излучающий электромагнитное излучение в видимой части спектра. Элементарной частицей света является фотон. Именно отсюда и идет двойственная природа света – корпускулярно-волновой дуализм. Фотон может вести себя подобно частице, а может и подобно излучению. Это зависит от конкретных физических условий. Видимый диапазон находится в пределах от 360 нм до 830 нм. Световое излучение возникает из-за различных физических процессов, происходящих в атомах. Если длина волны находится в диапазоне – мы видим свет. От длины волны зависит цвет.

Если атом получает энергию, то он переходит на более высокий энергетический уровень. Это возбужденное состояние. Он неустойчиво. Электроны стремятся вернуться на более низкие энергетические уровни. В результате этого и рождается фотон. А это и есть свет.

Если все атомы испускают фотоны одновременно, то это уже лазерное излучение. Оно когерентно. Луч лазера не обязательно должен быть видимым. Причем оно существует и в природе. В 1981 году лазерное излучение было обнаружено в атмосфере Марса и Венера. Длина волны составила 10 мкм. На такой длине волны работают лазеры с углекислым газом в качестве рабочего тела.

Какие бывают источники света

Все источники света делятся на естественные (природные) и искусственные (созданные руками человека). К природным источникам можно отнести Солнце, светящийся планктон. К искусственным – различные виды ламп, осветительные диоды и т.д.

Основные параметры и единицы измерения источников света

Световое излучение характеризуется многими параметрами:

• Яркость (L). Измеряется в кд/м² – кандела на квадратный метр. Это основной фактор светоощущения.
• Освещенность (E). Измеряется в лк – люкс. 1лк равнозначен потоку излучения в 1 люмен, равномерно распределенному по площади 1м².
• Световой поток (Ф). Измеряется в лм – люмен. Характеризует мощность излучения, оценивается по световому ощущению глазом человека. В системе единиц СИ обозначается именно буквой Ф и рассчитывается по формуле:
• Сила света (I). Измеряется в кд – кандела. Характеризует интенсивность светового потока. Рассчитывается по формуле:

для изотропного источника: 

для не изотропного источника:

• Световая отдача. Измеряется в лм/Вт – люмен на Ватт. Эта величина может характеризовать экономичность искусственного источника света, грубо говоря, сколько электрической мощности преобразуется в свет.

Для искусственных источников света важна цветопередача. Цвета у предметов будут различаться лучше, если он освещается сплошным равномерным спектром. В идеале чем ближе излучение ламп к солнечному свету, тем она лучше и дороже. При индексе цветопередачи свыше 90 предметы будут казаться необычайно насыщенными.

При малом индексе будет затруднительно определить цвет предмета, однако контуры будут видны. От яркости это практически не зависит.

Виды и классификации источников света

Все искусственные электрические световые излучатели можно разделить по физическим принципам работы:

Тепловые источники света. Это различные классические лампы накаливания. Принцип действия основан на разогреве рабочего тела (обычно – проволочная нить, изготовленная из вольфрама) до температур, при которых появляется и ИК-излучение, и видимый свет. Они обладают достаточно хорошей цветопередачей, но крайне низким КПД. Не более трех процентов. Энергия расходуется на разогрев и поддержание рабочей температуры вольфрамовой проволоки. Срок службы редко превышает две тысячи часов. На работоспособность внешняя среда не оказывает существенного влияния. Сейчас уже признаны морально устаревшими, но до сих пор производятся. Цена низка. Сюда ж можно отнести и галогеновые лампы, и угольные дуги, и инфракрасные излучатели. Им не требуется дополнительных устройств для запуска.

Подробнее о лампе накаливания-тут

Люминесцентные. Сюда можно отнести все газоразрядные лампы. Это и лампы с тлеющим разрядом (в результате разряда в парах ртути возникает свечение люминофорного покрытия), ртутные дуговые осветители, лампы с дуговым разрядом (низкого и высокого давления). Этому типу ламп требуется специальная схема для запуска. Например, у лампы дневного света напряжение горения ниже напряжения зажигания. Т.е. недостаточно просто подать напряжение. Этот тип освещения имеет уже более чем полувековую историю. До сих пор имеется востребованность. Примечательно, что многим осветителям данного типа можно придать практически любую форму колбы. Дизайнерам есть поле для творчества. Энергопотребление существенно ниже, чем у лам накаливания. Срок службы продолжителен.

Подробнее о люминесцентных лампы вы можете прочесть- тут

Смешанного излучения. В основу положена дуга высокой интенсивности. Это дорогие специализированные излучатели, сочетающие одновременно и тепловой физический принцип, и мощную электрическую дугу. В основном они применяются в прожекторных установках (например, авиационных и корабельных). В производстве весьма сложны. В свободной продаже отсутствуют. Требуется сложная схема на мощных элементах, в ее задачу входит розжиг и поддержание разряда. Среда эксплуатации накладывает свои сложности на инженерные решения. Энергопотребление высокое.

Светодиодные. Сюда можно отнести все источники света, построенные на светодиодах. Принцип действия заключается в появлении светового потока в точке соприкосновения двух разных материалов. Через них пропускается постоянный ток. Причем оба материала – полупроводники. Они пропускают ток в одну сторону. Обратный ток тоже есть, но он ничтожно мал, что им можно пренебречь. Экспериментальным путем были получены материалы, способные испускать фотоны при смене электроном энергетического уровня. Первые светодиоды имели малую яркость и ограниченный набор цветов. Поэтому использовались только в основном как индикаторы. Сейчас синтезированы материалы, которые позволяют дать большую яркость, охватить почти весь спектр. Но тем не менее в определенных участках спектра может наблюдаться завал, либо преобладание свечения. Современные светодиоды успешно применяются в качестве осветительных приборов, характеризуются наибольшей энергоэффективностью (потребляемая мощность очень низка в сравнении с другими источниками света) и длительным сроком службы. Их относят к холодным источникам света. В большинстве случаев они все низковольтные, не более 12 В нужно для диода.

В составе ламп всегда находится схема – блок питания (или драйвер). Его задача строго поддерживать параметры питания – напряжение и силу тока. Применительно к автомобилестроению, светодиоды показывают хорошие результаты, но просто менять галогеновую лампу на светодиод не стоит, без драйвера срок службы будет минимален в виду нестабильности питания в бортовой сети автомобиля.

Более подробная информация о led лампах-тут

Лазеры. Оптический квантовый генератор. Лазер расшифровывается light amplification by stimulated emission of radiation. В переводе с английского – усиление света с помощью вынужденного излучения. Смысл процесса состоит в том, что атом рабочего тела в возбужденном состоянии может излучит фотон под действием другого фотона. Поглощения в этом случае не произойдет. При этом фотоны когерентны. Фотон излученный – это точная копия фотона, который вынудил его появление. Это и есть явление усиления света. Идентичность фотонов обуславливает и монохроматичность излучения. Лазер не используется в качестве осветителя. Он активно используется для считывания компакт-диска до лазерной резки металлов. Применяется он и в медицине, в качестве лучевого скальпеля. А ведь это тоже свет! В качестве рабочего тела может применятся углекислый газ, моно-галогениды, и так далее.

Вполне возможно, что со временем появятся источники света, основанные и на других физических принципах.

---