Извори светлости: типови, главне карактеристике и примене

11. 3. 2020.

Светлост (од латинског језика луцис) или видљива светлост је део спектра електромагнетног зрачења, које опажа људско око. Основна јединица светлости је фотон. Елементарне честице имају специфичну таласну дужину, у зависности од извора светлости који их је генерисао. Фотон се покорава законима квантне механике иу различитим физичким условима може да се манифестује или као честица или као талас.

Историјски развој расветних уређаја

Инцандесцент ламп

Први извори видљивог електромагнетног зрачења које је човјечанство користило за своје потребе темељили су се на сагоријевању горивог горива биљке (дрва) или животињског поријекла (масти и масти).

Стари Грци и Римљани су по први пут почели да користе глинене и бронзане посуде у које су смјештене запаљиве супстанце. Ови бродови су постали родитељи модерних лампи.

Крајем 18. века, швајцарски хемичар Аргант је изумио лампу у којој се керозин користио као гориво. Крајем 19. века, Едисон је патентирао сијалицу са жарном нити. Након овог проналаска и захваљујући брзој динамици индустрије, почињу да се појављују многи други електрични извори зрачења.

Физика извора светлости

Спектар зрачења, који види људско око, лежи унутар таласних дужина фотона од 400 нм до 700 нм. Извор светлости је физички процес који се јавља у атому материје. Атом као резултат било које акције може примити енергију извана, преноси део те енергије на свој електронски подсистем.

Енергетски нивои електрона у атому су дискретни, тј. Сваки од ових нивоа одговара специфичној вредности. Због енергије добијене извана неки електрони атома могу прећи на нивое вишег реда, у овом случају можемо говорити о стању побуђеног електрона. У овом стању, електрони су нестабилни и поново прелазе на нивое са нижом енергијом. Овај процес је праћен емисијом фотона, који је светлост коју ми опажамо.

Топлинско зрачење

Процес топлотног зрачења је физички процес у коме се електронски подсистем побуђује због преноса кинетичке енергије из атомских језгара у њу. Ако је неки предмет, као што је метална плоча, подвргнут загревању на високим температурама, он ће почети да светли. У почетку, видљива светлост ће имати црвену боју, пошто је овај део видљивог спектра најмање енергичан. Са повећањем температуре метала, емитоваће бело-жуто светло.

Имајте на уму да када се метал загрева, он прво почиње да емитује инфрацрвене зраке које особа није у стању да види, али их осјећа у облику топлине.

Луминисцентно зрачење

Луминесцентни извор светлости

Овај тип зрачења се одвија без претходног загревања тела и састоји се од два узастопна физичка процеса:

  1. Апсорпција енергије електронским подсистемом и прелазак овог подсистема у стање побуђеног енергије.
  2. Зрачење у распону светлости повезано са повратком електронског подсистема у стање енергетског напона.

Ако се обе фазе дешавају у временском интервалу од неколико секунди, онда се процес назива флуоресценција, на пример, емитовање ТВ екрана након искључивања је флуоресцентно. Ако се обе фазе радијационог процеса догоде у року од неколико сати и дуже, онда се такво зрачење назива фосфоресценцијом, на пример, ужарен сат у тамној просторији.

Класификација извора светлости

Нигхт фирефли

Сви извори електромагнетног зрачења видљиви људском оку, у зависности од његовог порекла, могу се поделити у две велике групе:

  1. Природни извори. Они зраче електромагнетни таласи због природних физичких и хемијских процеса, на пример, звезде, кријеснице и други су природни извори свјетлости. Они могу бити и живи и не-живи објекти.
  2. Вештачки извори светлости. Своје порекло дугују човеку, јер је он његов изум.

Вештачки уређаји за видљиво електромагнетно зрачење

Халогена лампа

С друге стране, вештачки извори су следећих типова:

  • Жаруље са жарном нити. Они емитују светлост због загревања металног влакна до температуре од неколико хиљада степени. Сама филамент је у херметички затвореној стакленој посуди која је испуњена инертним гасом који спречава процес оксидације нити.
  • Халогене лампе. Они представљају нову еволутивну фазу жаруља са жарном нити у којој се халогени гас, на пример, јод или бром, додаје инертном гасу у коме се налази метална нит. Овај гас улази хемијска равнотежа са металним влакнима, што је волфрам, и омогућава вам да продужите век трајања лампе. Уместо стакленог кућишта у халогеним лампама користи се кварц, који издржи више температуре од стакла.
  • Дисцхарге лампс. Овај тип извора светлости ствара видљиво електромагнетно зрачење због електричних пражњења које се јављају у мешавини гасова и металних испарења.
  • Флуоресцентне лампе. Ови електрични извори свјетла производе зрачење због флуоресцентног премаза на унутрашњем делу тела лампе, који је побуђен ултравиолетним зрачењем електричног пражњења.
  • Извори ЛЕД (из енглеског. Лигхт Емиттинг Диоде). Овај тип извора светлости је диодни извор електромагнетног зрачења. Одликују их једноставност уређаја и дуго трајање. Такође, њихове предности у односу на друге електричне изворе светла су ниска потрошња енергије и скоро потпуно одсуство топлотног зрачења.

Директно и индиректно зрачење

Директни извори светлости су инструменти, природна тела и организми који могу независно да емитују електромагнетне таласе у видљивом спектру. Директни извори укључују звезде чија температура достиже десетине и стотине хиљада степени, ватру, лампу са жарном нити, као и модерне уређаје као што су плазма ТВ или монитор са течним кристалима, који производи радијацију индуковану микро електричним пражњењем.

Други пример директних природних извора светлости су животиње које имају биолуминисценцију. Зрачење у овом случају настаје као резултат хемијских процеса који се јављају у организму бића. Ту спадају кријеснице и становници дубоког мора.

Индиректни извори светлости су тела која не емитују независно светлост, али су способна да је рефлектују. У овом случају, рефлексивност сваког тела зависи од његовог хемијског састава и физичког стања. Индиректни извори су свети само због чињенице да су под утицајем директног електромагнетног зрачења. Ако индиректни извор не акумулира светлосну енергију, онда када престане да делује на светло, престаје да буде видљив.

Примери индиректног зрачења

Традиционални пример извора светлости овог типа је Земљин сателит, Месец. Ово небеско тело се рефлектује сунчевим зрацима који падају на њега. Кроз процес рефлексије можемо видети и Месец сам и објекте око нас ноћу на месечини. Из истог разлога, видљив у телескопу планете Сунчевог система, као и наше планете - Земље (ако је посматрате из свемира).

Други пример објекта индиректног зрачења, који рефлектује зраке из извора светлости, је особа сама. Уопштено, сваки објекат је извор индиректног зрачења са изузетком црне рупе. Гравитационо поље црних рупа је толико снажно да чак ни светлост не може да изађе из ње.

Главне карактеристике уређаја

Главне карактеристике извора светлости су следеће:

  • Светлосни флукс. Физичка количина која карактерише количину светлости коју емитује извор у секунди у свим правцима. Јединица за мерење светлосног тока је лумен.
  • Интензитет зрачења. У неким случајевима потребно је знати расподјелу свјетлосног тока око његовог извора. Управо ова дистрибуција описује ову карактеристику, која се мјери у кандели.
  • Иллуминатион. Мјери се у луксима и представља омјер свјетлосног тока према подручју које га освјетљава. Ова карактеристика је важна за удобно обављање појединих врста радова. На пример, према међународним стандардима, осветљење у кухињи би требало да буде око 200 лук, а за проучавање је већ потребно 500 лукса.
  • Радијациона ефикасност. То је важна карактеристика било које електричне лампе, будући да описује однос светлосног тока који ствара овај уређај са снагом коју троши. Што је већи овај однос, економичније се разматра лампа.
  • Индекс репродукције боја. Показује колико тачно лампа репродукује боје. За лампе доброг квалитета, овај индекс је у подручју од 100.
  • Температура боје. То је мера "белине" светлости. Дакле, светлост са доминантним црвено-жутим бојама се сматра топлом и има температуру боје мању од 3000 К, хладно светло има плаве боје и одликује се температуром боје изнад 6000 К.

Употреба вештачких извора видљивог зрачења

Светиљке у кухињи

Сваки умјетни извор електромагнетног зрачења одређеног типа користи особа у одређеном подручју дјеловања. Опсег извора светлости је следећи:

  • Жаруље са жарном нити настављају да буду главни извори собног осветљења због своје ниске цене и доброг индекса репродукције боја. Међутим, ове лампе постепено замењују халогене сијалице.
  • Халогене лампе су замишљене као електрични уређаји који су требали да повећају ефикасност жаруља са жарном нити замјеном. Тренутно се користе у аутомобилима.
  • Флуоресцентни извори светлости се углавном користе за осветљавање канцеларија и других пословних простора због њихове разноврсности облика и емисије дифузне и једноличне светлости. Ефикасност зрачења овог типа лампе се повећава са повећањем њихове дужине и пречника.
Фарови аутомобила

Значај природног светла за људско здравље

За све организме који живе на планети Земљи, ротација наше планете и учесталост дана и ноћи су важни процеси за нормалан живот и биолошки циклус. Штавише, да би била здрава, већини живих бића треба директно сунчево зрачење.

Извор природног светла

Ако говоримо о особи, онда недостатак сунчеве свјетлости доводи до развоја депресије, као и недостатка витамина Д, будући да тен који особа добије омогућава тијелу да апсорбује тај витамин са већом лакоћом.

Резултати једне студије показали су да особа која је довољно изложена директној сунчевој светлости може смањити и ублажити неке од симптома одређених болести. Посебно, проблеми повезани са депресијом потпуно или дјелимично су нестали у 20% пацијената. Наравно, само сунчева светлост није лек за депресију, али је саставни део свеобухватног третмана.