Искусственные источники света

Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции и различными способами преобразования энергии, основным предназначением которых является получение светового излучения (чаще видимого, а также инфракрасные и УФ-источники). Современные источники света использует в основном электрическую энергию, но также иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция и др.). В отличие от искусственных источников света, естественные источники света представляют собой природные материальные объекты: Солнце, Луна, Полярные сияния, светлячки, молнии и проч.

История развития искусственных источников света

Древнее время - свечи, лучины и лампады

Самым первым из используемых людьми в своей деятельности источником света был огонь (пламя) костра. С течением времени, и ростом опыта сжигания различных горючих материалов люди обнаружили что большее количество света может быть получено при сжигании каких либо смолистых пород дерева, природных смол и масел и воска. С точки зрения химических свойств подобные материалы содержат больший процент углерода по массе и при сгорании сажистые частицы углерода сильно раскаляются в пламени и излучают свет. В дальнейшем при развитии технологий обработки металлов, развития способов быстрого зажигания с помощью огнива позволили создать и в значительной степени усовершенствовать первые независимые источники света, которые можно было устанавливать в любом пространственном положении, переносить, и перезаряжать горючим. Прогресс в переработке нефти, восков, жиров и масел и некоторых природных смол позволил выделять необходимые топливные фракции: очищенный воск, парафин, стеарин, пальмитин, керосин и т.п. Такими источниками стали прежде всего свечи, факелы, масляные, а позже нефтяные лампы и фонари. С точки зрения автономности и удобства, источники света использующие энергию горения топлив очень удобны, но с точки зрения пожаробезопасности (открытое пламя), выделений продуктов неполного сгорания (сажа, пары топлива, угарный газ) представляют известную опасность как источник возгорания, и история знает великое множество примеров возникновения больших пожаров, причиной которых были масляные лампы и фонари, свечи и пр.

Газовые фонари

Дальнейший прогресс и развитие знаний в области химии, физики и материаловедения, позволили людям использовать также и различные горючие газы отдающие при сгорании большее количество света. Газовое освещение было достаточно широко развито в Англии и ряде европейских стран. Особым удобством газового освещения было то что появилась возможность для освещения больших площадей в городах, зданий и др, за счет того что газы очень удобно и быстро можно было доставить из центрального хранилища (баллонов) с помощью прорезиненных рукавов (шлангов), либо стальных или медных трубопроводов, а также легко отсекать поток газа от горелки простым поворотом запорного крана. Важнейшим газом для организации городского газового освещения стал так называемый «Светильный газ», производимый с помощью пиролиза жира морских животных (китов, дельфинов, тюленей и др), а несколько позже производимый в больших количествах из каменного угля при коксовании последнего на газосветильных заводах. Одним из важнейших компонентов светильного газа который давал наибольшее количество света был бензол, открытый в светильном газе М. Фарадеем. Другим газом который нашел значительное применение в газосветильной промышленности был ацетилен, но ввиду его значительной склонности к возгоранию при относительно низких температурах, и большим концентрационным пределам воспламенения, он не нашел широкого применения в уличном освещении, и применялся в шахтерских и велосипедных «карбидных» фонарях. Другой причиной затруднившей применение ацетилена в области газового освещения была его исключительная дороговизна в сравнении с светильным газом. Параллельно с развитием применения самых разнообразных топлив в химических источниках света, совершенствовалась их конструкция и наиболее выгодный способ сжигания (регулирование притока воздуха), а также совершенствовалась конструкция и материалы для усиления отдачи света и питания (фитили, газокалильные колпачки и др). На смену недолговечным фитилям из растительных материалов(пенька) стали применять пропитку растительных фитилей борной кислотой (свечное производство), и волокна асбеста, а с открытием минерала монацита обнаружили его замечательное свойство при накаливании очень ярко светиться и способствовать полноте сгорания светильного газа. В целях повышения безопасности использования, рабочее пламя стали ограждать металлическими сетками и стеклянными колпаками различной формы.

Появление электрических источников света

Дальнейший прогресс в области изобретения и конструирования источников света в значительной степени был связан с открытием электричества и изобретением источников тока. На этом этапе научно-технического прогресса стало совершенно очевидно что необходимо для увеличения яркости источников света увеличить температуру области излучающей свет. Если в случае применения реакций горения разнообразных топлив на воздухе температура продуктов сгорания достигает 1500-2300°С, то при использовании электричества температура может быть еще значительно увеличена. При нагревании электрическим током различных токопроводящих материалов с высокой температурой плавления - они излучают видимый свет и могут служить в качестве источников света той или иной интенсивности. Такими материалами были предложены: графит (угольная нить), платина, вольфрам, молибден, рений и их сплавы. Для увеличения долговечности первых электрических источников света, их рабочие тела (спирали и нити) стали размещать в специальных стеклянных баллонах (лампах) в вакууме или заполненными инертными либо неактивными газами (водород, азот, аргон и др). При выборе рабочего материала конструкторы ламп руководствовались максимальной рабочей температурой нагреваемой спирали, и основное предпочтение было отдано углероду (Лампа Лодыгина, 1873 год) и в дальнейшем вольфраму. Вольфрам и его сплавы с рением, и по настоящее время являются наиболее широко применяемыми материалами для изготовления электрических ламп накаливания, так как в наилучших условиях они способны быть нагреты до температур в 2800-3200°С. Параллельно с работой над лампами накаливания, в эпоху открытия и использования электричества также были начаты и значительно развиты работы по электродуговым источником света (свеча Яблочкова) и по источникам света на основе тлеющего разряда. Электродуговые источники света позволили реализовать возможность получения колоссальных по мощности потоков света (сотни тысяч и миллионы канделл), а источники света на основе тлеющего разряда необычайно высокую экономичность. В настоящее время наиболее совершенные источники света на основе электрической дуги - криптоновые, ксеноновые и ртутные лампы, а на основе тлеющего разряда в инертных газах (гелий, неон, аргон, криптон и ксенон) с парами ртути и другие. Наиболее мощными и яркими источниками света в настоящее время являются лазеры. Очень мощными источниками света также являются разнообразные пиротехнические осветительные составы применяемые для фотосъемки, освещения больших площадей в военном деле (фото-авиабомбы ФАБ, осветительные ракеты и осветительные бомбы).

Типы источников света

Для получения света могут быть использованы различные формы энергии, и в этой связи можно указать на основные виды(по утилизации энергии) источников света.

• Электрические: Электрический нагрев тел каления или плазмы.Джоулево тепло, вихревые токи, потоки электронов или ионов.
• Ядерные: распад изотопов или деление ядер.
• Химические:горение(окисление) топлив и нагрев продуктов сгорания или тел каления.
• Термолюминесцентные: преобразование тепла в свет в полупроводниках.
• Триболюминесцентные: преобразования механических воздействий в свет.
• Биолюминесцентные: бактериальные источники света в живой природе.

Применение источников света

Источники света востребованы во всех областях человеческой деятельности - в быту, на производстве, в научных исследованиях и т.п. В зависимости от той или иной области применения, к источникам света предъявляются самые разные технические, эстетические и экономические требования, и под час отдается предпочтение тому или иному параметру источника света или сумме этих параметров.

Конструкции бытовых светильников

• Традиционные:
  • Лучина
  • Лампада
  • Масляная лампа
  • Каганец
  • Паникадило
  • Свеча и подсвечник
  • Керосиновая лампа
  • Газокалильная лампа
• Электрические:
  • Люминесцентная лампа
  • Лампа накаливания
  • Люстра
  • Торшер
  • Бра

Опасные факторы источников света

Источники света той или иной конструкции часто сопровождаются наличием опасных факторов, главными из которых являются:

• Открытое пламя, горючие газы или жидкости могут привести к пожару
• Яркое световое излучение опасное для органов зрения и открытых участков кожи
• Тепловое излучение и наличие раскаленных рабочих поверхностей могущих привести к ожогу
• Высокоинтенсивное световое излучение могущее привести к поражению глаз, возгоранию, ожогу, ранению - излучение лазеров, дуговых ламп и др.
• Высокое напряжение питания
• Радиоактивность

Типовые параметры некоторых источников света

Сила света типовых источников:

Источник	Мощность, Вт	Примерная сила света, кд	Цветовая температура, К	КПД, %	Наработка на отказ, ч
Свеча		1
Современная (2006 г) лампа накаливания	100	100			1000
Обычный светодиод	0.015	0.001			100 000
Сверхяркий светодиод	0.090	3			100 000
Современная (2006 г) флуоресцентная лампа	20	100			15 000
Электродуговая ксеноновая лампа	до 100 кВт
Лампа-вспышка	до 10 кВт
Электродуговая ртутная лампа	до 300 кВт
Ядерный взрыв
Термоядерный взрыв
Первый рубиновый лазер				0,1

См.также

• Свеча
• Факел
• Прожектор
• Маяк
• Масляная лампа
• Керосиновая лампа
• Лампа накаливания
• Светодиодные источники света
• Ксеноновые газоразрядные лампы
• Натриевые газоразрядные лампы
• Ртутные газоразрядные лампы

Внешние ссылки

• Источники света
• Велосипедные газовые и электрические фонари 1880-1945 г.г.
• Типы светильников (описание типов и подтипов осветительных приборов)