Что производит свет из электричества

Давайте разберемся: что такое свет?

Он вокруг нас и позволяет нам видеть мир. Но спросите любого из нас, и большинство не сможет объяснить, что такое на самом деле этот свет. Свет помогает нам понимать мир, в котором мы живем. Наш язык это отражает: во тьме мы передвигаемся на ощупь, свет мы начинаем видеть вместе с наступлением зари. И все же мы далеки от полного понимания света. Если вы приблизите луч света, что в нем будет? Да, свет движется невероятно быстро, но разве его нельзя применить для путешествий? И так далее и тому подобное.

Давайте разберемся: что такое свет? Что такое свет с научной точки зрения? Давайте разбираться. Фото.

Что такое свет с научной точки зрения? Давайте разбираться

Что такое свет?

Конечно, все должно быть не так. Свет озадачивает лучшие умы на протяжении веков, но знаковые открытия, совершенные за последние 150 лет, постепенно приоткрывали завесу тайны над этой загадкой. Теперь мы более-менее понимаем, что это такое.

Физики современности не только постигают природу света, но и пытаются управлять ей с беспрецедентной точностью — и значит, свет очень скоро можно заставить работать самым удивительным способом. По этой причине Организация Объединенных Наций провозгласила 2015 году Международным годом Света.

Свет можно описать всевозможными способами. Но начать стоит с этого: свет — это форма излучения (радиации). И в этом сравнении есть смысл. Мы знаем, что избыток солнечного света может вызвать рак кожи. Мы также знаем, что радиационное облучение может вызвать риск развития некоторых форм рака; нетрудно провести параллели.

Что такое свет? Свет бывает разным, и иногда он может нанести вред. Фото.

Свет бывает разным, и иногда он может нанести вред

Но не все формы излучения одинаковы. В конце 19 века ученые смогли определить точную суть светового излучения. И что самое странное, это открытие пришло не в процессе изучения света, а вышло из десятилетий работы над природой электричества и магнетизма.

Как ученые изучали свет

Электричество и магнетизм кажутся совершенно разными вещами. Но ученые вроде Ганса Христиана Эрстеда и Майкла Фарадея установили, что те глубоко переплетаются. Эрстед обнаружил, что электрический ток, проходящий через провод, отклоняет иглу магнитного компаса. Между тем, Фарадей обнаружил, что перемещение магнита вблизи провода может генерировать электрический ток в проводе.

Математики того дня использовали эти наблюдения для создания теории, описывающей это странное новое явление, которое они назвали «электромагнетизм». Но только Джеймс Клерк Максвелл смог описать полную картину.

Вклад Максвелла в науку сложно переоценить. Альберт Эйнштейн, который вдохновлялся Максвеллом, говорил, что тот изменил мир навсегда. Среди прочих вещей, его вычисления помогли нам понять, что такое свет.

Как ученые изучали свет. Джеймс Клерк Максвелл. Фото.

Джеймс Клерк Максвелл

Максвелл показал, что электрические и магнитные поля передвигаются в виде волн, и эти волны движутся со скоростью света. Это позволило Максвеллу предсказать, что свет сам по себе переносится электромагнитными волнами — и это означает, что свет является формой электромагнитного излучения.

В конце 1880-х, через несколько лет после смерти Максвелла, немецкий физик Генрих Герц первым официально продемонстрировал, что теоретическая концепция электромагнитной волны Максвелла была верной.

«Я уверен, что если бы Максвелл и Герц жили в эпоху Нобелевской премии, они бы точно одну получили», — говорит Грэм Холл из Университета Абердина в Великобритании — где работал Максвелл в конце 1850-х.

Максвелл занимает место в анналах науки о свете по другой, более практической причине. В 1861 году он обнародовал первую устойчивую цветную фотографию, полученную с использованием системы трехцветного фильтра, которая заложила основу для многих форм цветной фотографии сегодня.

Как ученые изучали свет. Самая первая в мире цветная фотография. Фото.

Самая первая в мире цветная фотография

Свет — это спектр цветов

Сама фраза о том, что свет является формой электромагнитного излучения, многого не говорит. Но помогает описать то, что мы все понимаем: свет — это спектр цветов. Это наблюдение восходит еще к работам Исаака Ньютона. Мы видим цветовой спектр во всей его красе, когда радуга всходит на небе — и эти цвета напрямую связаны с максвелловским понятием электромагнитных волн.

Красный свет на одном конце радуги — это электромагнитное излучение с длиной волны от 620 до 750 нанометров; фиолетовый цвет на другом конце — излучение с длиной волны от 380 до 450 нм. Но в электромагнитном излучении есть и больше, чем видимые цвета. Свет с длиной волны длиннее красного мы называем инфракрасным. Свет с длиной волны короче фиолетового называем ультрафиолетовым. Многие животные могут видеть в ультрафиолетовом, некоторые люди тоже, говорит Элефтериос Гулильмакис из Института квантовой оптики Макса Планка в Гархинге, Германия. В некоторых случаях люди видят даже инфракрасный. Возможно, поэтому нас не удивляет, что ультрафиолетовый и инфракрасный мы называем формами света.

Почему рентгеновские лучи это не свет

Любопытно, однако, что если длины волн становятся еще короче или длиннее, мы перестаем называть их «светом». За пределами ультрафиолетового, электромагнитные волны могут быть короче 100 нм. Это царство рентгеновских и гамма-лучей. Вы когда-нибудь слышали, чтобы рентгеновские лучи называли формой света?

Почему рентгеновские лучи это не свет. Ученый никогда не назовет рентгеновские лучи светом. Фото.

Ученый никогда не назовет рентгеновские лучи светом

«Ученый не скажет «я просвечиваю объект рентгеновским светом». Он скажет «я использую рентгеновские лучи», — говорит Гулильмакис.

Между тем, за пределами инфракрасных и электромагнитных длин волны вытягиваются до 1 см и даже до тысяч километров. Такие электромагнитные волны получили названия микроволн или радиоволн. Кому-то может показаться странным воспринимать радиоволны как свет.

«Нет особой физической разницы между радиоволнами и видимым светом с точки зрения физики, — говорит Гулильмакис. — Вы будете описывать их одними и теми же уравнениями и математикой». Только наше повседневное восприятие различает их.

Таким образом, мы получаем другое определение света. Это очень узкий диапазон электромагнитного излучения, которое могут видеть наши глаза. Другими словами, свет — это субъективный ярлык, который мы используем только вследствие ограниченности наших органов чувств.

Люди видят цвета по-разному

Если вам нужны более подробные доказательства того, насколько субъективно наше восприятие цвета, вспомните радугу. Большинство людей знают, что спектр света содержит семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. У нас даже есть удобные пословицы и поговорки про охотников, которые желают знать место нахождения фазана. Посмотрите на хорошую радугу и попробуйте разглядеть все семь. Это не удалось даже Ньютону. Ученые подозревают, что ученый разделил радугу на семь цветов, поскольку число «семь» было очень важным для древнего мира: семь нот, семь дней недели и т. п.

Люди видят цвета по-разному. Обычно люди видят в радуге пять цветов. Фото.

Обычно люди видят в радуге пять цветов

Работа Максвелла в области электромагнетизма завела нас дальше и показала, что видимый свет был частью широкого спектра радиации. Также стала понятна истинная природа света. На протяжении веков ученые пытались понять, какую на самом деле форму принимает свет на фундаментальных масштабах, пока движется от источника света к нашим глазам.

Как движется свет?

Некоторые считали, что свет движется в форме волн или ряби, через воздух или загадочный «эфир». Другие думали, что эта волновая модель ошибочна, и считали свет потоком крошечных частиц. Ньютон склонялся ко второму мнению, особенно после серии экспериментов, которые он провел со светом и зеркалами.

Как движется свет? Исаак Ньютон это один из тех людей, кто хотел понять, что такое свет. Фото.

Исаак Ньютон это один из тех людей, кто хотел понять, что такое свет

Он понял, что лучи света подчиняются строгим геометрическим правилам. Луч света, отраженный в зеркале, ведет себя подобно шарику, брошенному прямо в зеркало. Волны не обязательно будут двигаться по этим предсказуемым прямым линиям, предположил Ньютон, поэтому свет должен переноситься некоторой формой крошечных безмассовых частиц.

Проблема в том, что были в равной степени убедительные доказательства того, что свет представляет собой волну. Одна из самых наглядных демонстраций этого была проведено в 1801 году. Эксперимент с двойной щелью Томаса Юнга, в принципе, можно провести самостоятельно дома.

Возьмите лист толстого картона и аккуратно проделайте в нем два тонких вертикальных разреза. Затем возьмите источник «когерентного» света, который будет излучать свет только определенной длины волны: лазер отлично подойдет. Затем направьте свет на две щели, чтобы проходя их он падал на другую поверхность.

Вы ожидаете увидеть на второй поверхности две ярких вертикальных линии на тех местах, где свет прошел через щели. Но когда Юнг провел эксперимент, он увидел последовательность светлых и темных линий, как на штрих-коде.

Как движется свет? Эксперимент с двойной щелью Томаса Юнга. Фото.

Эксперимент с двойной щелью Томаса Юнга

Когда свет проходит через тонкие щели, он ведет себя подобно водяным волнам, которые проходят через узкое отверстие: они рассеиваются и распространяются в форме полусферической ряби.

Когда этот свет проходит через две щели, каждая волна гасит другую, образуя темные участки. Когда же рябь сходится, она дополняется, образуя яркие вертикальные линии. Эксперимент Юнга буквально подтвердил волновую модель, поэтому Максвелл облек эту идею в твердую математическую форму. Свет — это волна.

Но потом произошла квантовая революция.

Что такое фотоэффект

Во второй половине девятнадцатого века, физики пытались выяснить, как и почему некоторые материалы абсорбируют и излучают электромагнитное излучение лучше других. Стоит отметит, что тогда электросветовая промышленность только развивалась, поэтому материалы, которые могут излучать свет, были серьезной штукой.

К концу девятнадцатого века ученые обнаружили, что количество электромагнитного излучения, испускаемого объектом, меняется в зависимости от его температуры, и измерили эти изменения. Но никто не знал, почему так происходит. В 1900 году Макс Планк решил эту проблему. Он выяснил, что расчеты могут объяснить эти изменения, но только если допустить, что электромагнитное излучение передается крошечными дискретными порциями. Планк называл их «кванта», множественное число латинского «квантум». Спустя несколько лет Эйнштейн взял его идеи за основу и объяснил другой удивительный эксперимент.

Физики обнаружили, что кусок металла становится положительно заряженным, когда облучается видимым или ультрафиолетовым светом. Этот эффект был назван фотоэлектрическим.

Атомы в металле теряли отрицательно заряженные электроны. Судя по всему, свет доставлял достаточно энергии металлу, чтобы тот выпустил часть электронов. Но почему электроны так делали, было непонятно. Они могли переносить больше энергии, просто изменив цвет света. В частности, электроны, выпущенные металлом, облученным фиолетовым светом, переносили больше энергии, чем электроны, выпущенные металлом, облученным красным светом.

Что такое фотоэффект. Альберт Эйнштейн. Фото.

Если бы свет был просто волной, это было бы нелепо.

Обычно вы изменяете количество энергии в волне, делая ее выше — представьте себе высокое цунами разрушительной силы — а не длиннее или короче. В более широком смысле, лучший способ увеличить энергию, которую свет передает электронам, это сделать волну света выше: то есть сделать свет ярче. Изменение длины волны, а значит и света, не должно было нести особой разницы.

Эйнштейн понял, что фотоэлектрический эффект проще понять, если представить свет в терминологии планковских квантов.

Он предположил, что свет переносится крошечными квантовыми порциями. Каждый квант переносит порцию дискретной энергии, связанной с длиной волны: чем короче длина волны, тем плотнее энергия. Это могло бы объяснить, почему порции фиолетового света с относительно короткой длиной волны переносят больше энергии, чем порции красного света, с относительно большой длиной.

Также это объяснило бы, почему простое увеличение яркости света не особо влияет на результат.

Свет поярче доставляет больше порций света к металлу, но это не изменяет количество энергии, переносимой каждой порцией. Грубо говоря, одна порция фиолетового света может передать больше энергии одному электрону, чем много порций красного света.

Что такое фотоны света

Эйнштейн назвал эти порции энергии фотонами и в настоящее время их признали фундаментальными частицами. Видимый свет переносится фотонами, другие виды электромагнитного излучения вроде рентгеновского, микроволнового и радиоволнового — тоже. Другими словами, свет — это частица.

Что такое фотоны света. Свет — это частица. Фото.

Свет — это частица

На этом физики решили положить конец дебатам на тему того, из чего состоит свет. Обе модели были настолько убедительными, что отказываться от одной не было никакого смысла. К удивлению многих нефизиков, ученые решили, что свет ведет себя одновременно как частица и как волна. Другими словами, свет — это парадокс.

При этом у физиков не возникло проблем с раздвоением личности света. Это в какой-то мере сделало свет полезным вдвойне. Сегодня, опираясь на работы светил в прямом смысле слова — Максвелла и Эйнштейна, — мы выжимаем из света все.

Оказывается, что уравнения, используемые для описания света-волны и света-частицы, работают одинаково хорошо, но в некоторых случаях одно проще использовать, чем другое. Поэтому физики переключаются между ними, примерно как мы используем метры, описывая собственный рост, и переходим на километры, описывая поездку на велосипеде.

Как ученые используют свет

Некоторые физики пытаются использовать свет для создания шифрованных каналов связи, для денежных переводов, к примеру. Для них имеет смысл думать о свете как о частицах. Виной всему странная природа квантовой физики. Две фундаментальные частицы, как пара фотонов, могут быть «запутаны». Это значит, что они будут иметь общие свойства вне зависимости от того, как далеки будут друг от друга, поэтому их можно использовать для передачи информации между двумя точками на Земле.

Еще одна особенность этой запутанности в том, что квантовое состояние фотонов изменяется, когда их считывают. Это значит, что если кто-то попытается подслушать зашифрованный канал, в теории, он сразу выдаст свое присутствие.

Другие, как Гулильмакис, используют свет в электронике. Им полезней представлять свет в виде серии волн, которые можно приручить и контролировать. Современные устройства под названием «синтесайзеры светового поля» могут сводить световые волны в идеальной синхронности друг с дружкой. В результате они создают световые импульсы, которые более интенсивные, кратковременные и направленные, чем свет обычной лампы.

За последние 15 лет эти устройства научились использовать для приручения света с чрезвычайной степенью. В 2004 году Гулильмакис и его коллеги научились производить невероятно короткие импульсы рентгеновского излучения. Каждый импульс длился всего 250 аттосекунд, или 250 квинтиллионных секунды.

Используя эти крошечные импульсы как вспышку фотоаппарата, они смогли сделать снимки отдельных волн видимого света, которые колеблются намного медленнее. Они буквально сделали снимки движущегося света.

«Еще со времен Максвелла мы знали, что свет — это осциллирующее электромагнитное поле, но никто даже и подумать не мог, что мы можем сделать снимки осциллирующего света», — говорит Гулильмакис.

Наблюдение за этими отдельными волнами света стало первым шагом по направлению к управлению и изменению света, говорит он, подобно тому, как мы изменяем радиоволны для переноса радио- и телевизионных сигналов.

Сто лет назад фотоэлектрический эффект показал, что видимый свет влияет на электроны в металле. Гулильмакис говорит, что должна быть возможность точно контролировать эти электроны, используя волны видимого света, измененные таким образом, чтобы взаимодействовать с металлом четко определенным образом. «Мы можем управлять светом и с его помощью управлять материей», — говорит он.

Как ученые используют свет. Как можно понять, свет это очень сложное явление. Фото.

Как можно понять, свет это очень сложное явление

Это может произвести революцию в электронике, привести к новому поколению оптических компьютеров, которые будут меньше и быстрее наших. «Мы сможем двигать электронами как заблагорассудится, создавая электрические токи внутри твердых веществ с помощью света, а не как в обычной электронике».

Вот еще один способ описать свет: это инструмент.

Впрочем, ничего нового. Жизнь использовала свет еще с тех пор, когда первые примитивные организмы развили светочувствительные ткани. Глаза людей улавливают фотоны видимого света, мы используем их для изучения мира вокруг. Современные технологии еще дальше уводят эту идею. В 2014 году Нобелевская премия по химии была присуждена исследователям, которые построили настолько мощный световой микроскоп, что он считался физически невозможным. Оказалось, что если постараться, свет может показать нам вещи, которые мы думали никогда не увидим.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕЩЕНИЕ

Рис. 1. ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ. 1 - нить накала (в некоторых лампах монтируется вертикально - вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2 - цоколь; 3 - стеклянный баллон.

Рис. 1. ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ. 1 — нить накала (в некоторых лампах монтируется вертикально — вдоль оси стеклянной опорной ножки); 2 — цоколь; 3 — стеклянный баллон.

ПЕРВАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ - копия лампы, изобретенной Т. Эдисоном в 1879. Нить накала лампы, полученная обугливанием хлопковой нитки, светила в течение 40 ч.

ПЕРВАЯ ЛАМПА НАКАЛИВАНИЯ — копия лампы, изобретенной Т. Эдисоном в 1879. Нить накала лампы, полученная обугливанием хлопковой нитки, светила в течение 40 ч.

Рис. 2. РТУТНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА - типичная конструкция 40-Вт лампы с люминофорным покрытием. 1 - наружная колба; 2 - рабочий электрод; 3 - токопроводящие стойки; 4 - кварцевая трубка дугового разряда; 5 - рабочий электрод; 6 - пусковой электрод; 7 - опорные траверсы трубки дугового разряда; 8 - пусковые резисторы; 9 - опорные элементы; 10 - внутреннее люминофорное покрытие.

Рис. 2. РТУТНАЯ ГАЗОРАЗРЯДНАЯ ЛАМПА — типичная конструкция 40-Вт лампы с люминофорным покрытием. 1 — наружная колба; 2 — рабочий электрод; 3 — токопроводящие стойки; 4 — кварцевая трубка дугового разряда; 5 — рабочий электрод; 6 — пусковой электрод; 7 — опорные траверсы трубки дугового разряда; 8 — пусковые резисторы; 9 — опорные элементы; 10 — внутреннее люминофорное покрытие.

Рис. 3. ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА - типичная конструкция лампы с холодными катодами, рассчитанной на токи ниже средних. 1 - ртуть; 2 - штампованная стеклянная ножка с электровводами; 3 - трубка для откачки (при изготовлении); 4 - выводные штырьки; 5 - концевая панелька; 6 - катод с эмиттерным покрытием. Трубка наполнена инертным газом и парами ртути. Внутренние стенки трубки покрыты люминофором.

Рис. 3. ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА — типичная конструкция лампы с холодными катодами, рассчитанной на токи ниже средних. 1 — ртуть; 2 — штампованная стеклянная ножка с электровводами; 3 — трубка для откачки (при изготовлении); 4 — выводные штырьки; 5 — концевая панелька; 6 — катод с эмиттерным покрытием. Трубка наполнена инертным газом и парами ртути. Внутренние стенки трубки покрыты люминофором.

Рис. 4. ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА с подогревными катодами, рассчитанная на большие токи.

Рис. 4. ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ ЛАМПА с подогревными катодами, рассчитанная на большие токи.

Рис. 5. ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ двух разных типов в поперечном разрезе.

Рис. 5. ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ двух разных типов в поперечном разрезе.

ПИКАДИЛЛИ - одна из центральных площадей Лондона.

ПИКАДИЛЛИ — одна из центральных площадей Лондона.

Электрический свет — Electric light

An электрический свет это устройство, которое производит видимый свет из электрический ток. Это наиболее распространенная форма искусственного освещение и имеет важное значение для современного общества, [1] обеспечение внутреннего освещения зданий и внешнего освещения для вечерних и ночных мероприятий. В техническом использовании сменный компонент, излучающий свет от электричества, называется напольная лампа. [2] Лампы обычно называют лампочки; например, лампа накаливания. [3] Лампы обычно имеют основание из керамика, металл, стекло или пластик, который фиксирует лампу в патроне Светильник. Электрическое подключение к розетке может быть выполнено с помощью резьбового основания, двух металлических штифтов, двух металлических заглушек или крышка штыка.

Три основных категории электрического освещения — это лампы накаливания, которые излучают свет за счет нить раскаленный добела электрическим током, газоразрядные лампы, которые излучают свет с помощью электрическая дуга через газ, и Светодиодные лампы, которые производят свет потоком электронов через запрещенная зона в полупроводник.

До того, как электрическое освещение стало обычным явлением в начале 20 века, люди использовали свечи, газовые фонари, масляные лампы, и пожары. [4] Английский химик Хэмфри Дэви разработал первый лампа накаливания в 1802 году, за которым последовал первый практический электрический дуговая лампа в 1806 году. К 1870-м годам дуговая лампа Дэви была успешно коммерциализирована и использовалась для освещения многих общественных мест. [5] Усилия Свана и Эдисонледа, направленные на то, чтобы коммерческие лампы накаливания стали широко доступны в 1880-х годах, а к началу двадцатого века они полностью заменили дуговые лампы. [1] [4]

Энергетическая эффективность электрического освещения радикально выросла с момента первой демонстрации дуговых ламп и ламп накаливания в 19 веке. Современные электрические источники света бывают разных типов и размеров, адаптированных для многих приложений. Большинство современного электрического освещения питается от централизованно генерируемой электроэнергии, но освещение также может работать от мобильных или резервных электрических генераторов или аккумуляторных систем. Аккумулятор -сильный свет часто резервируется для случаев, когда стационарные фонари выходят из строя, часто в виде фонарики или электрический фонари, а также в транспортных средствах.

Содержание

Виды электрический Освещение включает:

лампы накаливания, использующие плавленый кварц оболочка заполнена галогеном

, люминесцентная лампа, предназначенная для замены лампы накаливания.

У разных типов огней очень разные эффективность и цвет света. [6]

Имя	Оптический спектр	Номинальный эффективность (lm /W )	Продолжительность жизни (MTTF ) (часы)	Цветовая температура (кельвин )	Цвет	Цвет рендеринг индекс
Лампа накаливания	Непрерывный	4–17	2–20,000	2,400–3,400	Теплый белый (желтоватый)	100
Галогенная лампа	Непрерывный	16–23	3,000–6,000	3,200	Теплый белый (желтоватый)	100
Флюоресцентная лампа	Меркурий линия + Люминофор	52–100 (белый)	8,000–20,000	2,700–5,000 *	Доступен белый (разная цветовая температура), а также насыщенные цвета	15–85
Металлогалогенная лампа	Квазинепрерывный	50–115	6,000–20,000	3,000–4,500	Холодный белый	65–93
Серная лампа	Непрерывный	80–110	15,000–20,000	6,000	Бледно-зеленый	79
Натрий высокого давления	Широкополосный	55–140	10,000–40,000	1,800–2,200 *	Розовато-оранжевый	0–70
Натрий низкого давления	Узкая линия	100–200	18,000–20,000	1,800 *	Желтый, без цветопередачи	0
Светодиодная лампа	Линия плюс люминофор	10–110 (белый)	50,000–100,000	Различный белый от 2700 до 6000 *	Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета	70–85 (белый)
Безэлектродная лампа	Меркурий линия + Люминофор	70–90 (белый)	80,000–100,000	Различный белый от 2700 до 6000 *	Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета	70–85 (белый)

* Цветовая температура определяется как температура черное тело излучение аналогичного спектра; эти спектры сильно отличаются от спектров черных тел.

Самый эффективный источник электрического света — натриевая лампа низкого давления. Он производит для всех практических целей монохромный оранжево-желтый свет, который дает одинаково монохроматическое восприятие любой освещенной сцены. По этой причине он обычно используется для наружного освещения. Астрономы предпочитают использовать натриевые лампы низкого давления для общественного освещения, так как световое загрязнение которые они генерируют, можно легко фильтровать, в отличие от широкополосных или непрерывных спектров.

Лампа накаливания

Современная лампа накаливания со спиральной вольфрамовой нитью, коммерциализированная в 1920-х годах, была разработана на основе угольной лампы накаливания, появившейся около 1880 года.

Менее 3% входной энергии преобразуется в полезный свет. Практически вся потребляемая энергия превращается в тепло, которое в теплом климате необходимо отводить из здания с помощью вентиляция или же кондиционер, что часто приводит к увеличению потребления энергии. В более холодном климате, где отопление и освещение требуется в холодные и темные зимние месяцы, побочный продукт тепла имеет определенную ценность. Лампы накаливания прекращено во многих странах из-за их низкой энергоэффективности.

Помимо ламп для нормального освещения, существует очень широкий спектр ламп, в том числе низковольтные и маломощные лампы, которые часто используются в качестве компонентов в оборудовании, но теперь в значительной степени заменены светодиодами.

Галогенная лампа

Галогенные лампы обычно намного меньше стандартных ламп накаливания, поскольку для успешной работы обычно требуется температура колбы более 200 ° C. По этой причине у большинства есть колба из плавленого кварца (кварца) или алюмосиликатного стекла. Часто его герметизируют дополнительным слоем стекла. Наружное стекло является мерой предосторожности, чтобы уменьшить излучение ультрафиолета и удерживать горячие стеклянные осколки, если внутренняя оболочка взорвется во время работы. Маслянистый остаток от отпечатки пальцев может привести к расколу горячего кварцевого конверта из-за чрезмерного тепловыделения в месте загрязнения. Риск ожогов или пожара также выше при использовании голых лампочек, что приводит к их запрещению в некоторых местах, если только они не закрыты светильником.

Те, которые рассчитаны на работу от 12 или 24 В, имеют компактные нити накала, полезные для хорошего оптического контроля. Кроме того, они имеют более высокую эффективность (люмен на ватт) и лучший срок службы, чем негалогенные типы. Световой поток остается практически постоянным на протяжении всего срока службы.

Флюоресцентная лампа

Флюоресцентные лампы состоят из стеклянной трубки, содержащей пары ртути или аргона под низким давлением. Электричество, протекающее по трубке, заставляет газы выделять ультрафиолетовую энергию. Внутренняя часть трубок покрыта люминофор которые испускают видимый свет при воздействии ультрафиолета фотоны. [7] У них намного более высокий КПД, чем у ламп накаливания. Для того же количества генерируемого света они обычно используют от четверти до одной трети мощности лампы накаливания. Типичный световая отдача люминесцентных осветительных систем составляет 50–100 люмен на ватт, что в несколько раз превышает эффективность ламп накаливания при сопоставимой светоотдаче. Светильники люминесцентных ламп дороже, чем лампы накаливания, потому что они требуют балласт регулировать Текущий через лампу, но более низкая стоимость энергии обычно компенсирует более высокую начальную стоимость. Компактные люминесцентные лампы доступны в тех же популярных размерах, что и лампы накаливания, и используются в качестве сохранение энергии альтернатива в домах. Поскольку они содержат ртуть, многие люминесцентные лампы классифицируются как опасные отходы. В Агентство по охране окружающей среды США рекомендует отделять люминесцентные лампы от обычных отходов для переработка отходов или безопасная утилизация, а в некоторых юрисдикциях требуется их переработка. [8]

Светодиодная лампа

Твердотельный светодиод (LED) был популярен как индикатор в бытовая электроника и профессиональное звуковое оборудование с 1970-х годов. В 2000-х годах эффективность и производительность выросли до такой степени, что светодиоды теперь используются в осветительных приборах, таких как автомобильные фары и стоп-сигналы, в фонариках и велосипедных фарах, а также в декоративных целях, например, в праздничном освещении. Светодиодные индикаторы известны своим чрезвычайно долгим сроком службы, до 100 000 часов, но светодиоды работают гораздо менее консервативно и, следовательно, имеют более короткий срок службы. Светодиодная технология полезна для дизайнеров освещения из-за ее низкого энергопотребления, низкого тепловыделения, мгновенного управления включением / выключением, а в случае одноцветных светодиодов — непрерывности цвета на протяжении всего срока службы диода и относительно низкой стоимости производства. Срок службы светодиода сильно зависит от температуры диода. Эксплуатация светодиодной лампы в условиях, повышающих внутреннюю температуру, может значительно сократить срок ее службы.

Угольная дуговая лампа

Угольные дуговые лампы состоят из двух угольных стержней электроды на открытом воздухе, питаемый от токоограничивающего балласт. В электрическая дуга ударяется, касаясь кончиков стержней, а затем разделяя их. Возникающая дуга вызывает раскаленную добела плазма между наконечниками стержней. Эти лампы имеют более высокий КПД, чем лампы накаливания, но угольные стержни недолговечны и требуют постоянной регулировки при использовании, так как сильное тепло дуги разрушает их. Лампы производят значительные ультрафиолетовый выходя, они требуют вентиляции при использовании в помещении, и из-за их интенсивности они нуждаются в защите от прямого взгляда.

Изобретенный Хэмфри Дэви около 1805 года угольная дуга стала первым практическим электрическим светом. Он использовался в коммерческих целях, начиная с 1870-х годов для освещения больших зданий и улиц, пока не был заменен в начале 20 века лампами накаливания. Угольные дуговые лампы работают с высокой мощностью и излучают белый свет высокой интенсивности. Они также являются точечным источником света. Они по-прежнему использовались в ограниченных приложениях, требующих этих свойств, таких как кинопроекторы, сценическое освещение, и прожекторы до окончания Второй мировой войны.

Газоразрядная лампа

Газоразрядная лампа имеет стеклянную или кремнеземную оболочку, содержащую два металлических электроды разделены газом. Используемые газы включают, неон, аргон, ксенон, натрий, галогенид металла, и Меркурий. Основной принцип работы такой же, как и у угольной дуговой лампы, но термин «дуговая лампа» обычно относится к угольным дуговым лампам, а более современные типы газоразрядных ламп обычно называются газоразрядными. В некоторых газоразрядных лампах для зажигания дуги используется очень высокое напряжение. Для этого требуется электрическая цепь, называемая воспламенителем, которая является частью электрический балласт схема. После зажигания дуги внутреннее сопротивление лампы падает до низкого уровня, и балласт ограничивает ток до рабочего. Без балласта будет течь избыточный ток, что приведет к быстрому разрушению лампы.

Некоторые типы ламп содержат немного неона, который позволяет зажигать при нормальном рабочем напряжении без внешней схемы зажигания. Натриевые лампы низкого давления действуйте таким образом. Самые простые балласты — это просто индуктор, и их выбирают там, где решающим фактором является стоимость, например, при уличном освещении. Более совершенные электронные балласты могут быть разработаны для поддержания постоянной светоотдачи в течение всего срока службы лампы, могут приводить лампу в движение прямоугольной волной для обеспечения полного отсутствия мерцания на выходе и отключаться в случае определенных неисправностей.

Форм-факторы

Для многих ламповых блоков или лампочек указаны стандартные коды формы и названия патронов. Лампы накаливания и их модернизированные замены часто обозначаются как «A19 / A60 E26 / E27 «, стандартный размер для таких лампочек. В этом примере параметры» A «описывают размер и форму лампы, а параметры» E «описывают размер основания винта Эдисона и характеристики резьбы.

Ожидаемый срок службы лампы

Ожидаемый срок службы для многих типов ламп определяется как количество часов работы, при котором 50% из них выходят из строя, то есть медиана жизнь ламп. Производственные допуски, составляющие всего 1%, могут привести к разбросу срока службы лампы на 25%, поэтому, как правило, некоторые лампы выходят из строя намного раньше номинального срока службы, а некоторые прослужат гораздо дольше. Для светодиодов срок службы лампы определяется как время работы, при котором 50% ламп испытали снижение светоотдачи на 70%.

Некоторые типы ламп также чувствительны к циклам переключения. В помещениях с частым переключением, таких как ванные комнаты, срок службы лампы может быть меньше, чем указано на коробке. Компактные люминесцентные лампы особенно чувствительны к циклам переключения.

Общественное освещение

Общее количество искусственного света (особенно от уличный фонарь ) достаточно для того, чтобы города были хорошо видны ночью с воздуха и из космоса. Этот свет — источник световое загрязнение это бремя астрономы и другие.

Электрический свет

Электрический свет представляет собой устройство , которое производит видимый свет от электрической энергии . Это наиболее распространенная форма искусственного освещения, необходимая для современного общества [1], обеспечивающая внутреннее освещение зданий и внешнее освещение для вечерних и ночных мероприятий. В техническом обиходе сменный компонент, излучающий свет от электричества, называется лампой . [2] Лампы обычно называют лампочками ; например, лампа накаливания . [3] Лампы обычно имеют керамическое основание. , металл, стекло или пластик, который фиксирует лампу в патроне светильника . Электрическое подключение к розетке может быть выполнено с помощью основания с резьбой, двух металлических штифтов, двух металлических заглушек или байонетного колпачка .

Тремя основными категориями электрических фонарей являются лампы накаливания, которые излучают свет с помощью нити, нагретой до белого каления электрическим током, газоразрядные лампы , которые излучают свет с помощью электрической дуги через газ, такие как люминесцентные лампы , и светодиоды. лампы , которые излучают свет за счет потока электронов через запрещенную зону в полупроводнике .

До того, как в начале 20 века электрическое освещение стало обычным явлением, люди использовали свечи , газовые фонари , масляные лампы и костры . [4] Английский химик Хэмфри Дэви разработал первый раскаленный свет в 1802 году, после первого практического электрической дуги света в 1806 г. По 1870 — х годам, дуговая лампа Дэви была успешно коммерциализацией, и был использован для освещения многих общественных мест. [5] Усилия Джозефа Свона и Томаса Эдисона привели к тому, что коммерческие лампы накаливания стали широко доступны в 1880-х годах, а к началу двадцатого века они полностью заменили дуговые лампы. [1] [4]

Энергетическая эффективность электрического освещения радикально возросла с момента первой демонстрации дуговых ламп и ламп накаливания в 19 веке. Современные источники электрического света бывают самых разных типов и размеров, адаптированных для многих областей применения. Большинство современного электрического освещения питается от централизованно генерируемой электроэнергии, но освещение также может работать от мобильных или резервных электрических генераторов или аккумуляторных систем. Освещение с питанием от батареек часто используется в тех случаях, когда стационарные фонари выходят из строя, часто в виде фонарей или электрических фонарей , а также в транспортных средствах.

К видам электрического освещения можно отнести:

— это лампы накаливания, в которых используется колба из плавленого кварца, заполненная газообразным галогеном.

, люминесцентная лампа, предназначенная для замены лампы накаливания.

Различные типы фонарей имеют разную эффективность и цвет света . [6]

Имя	Оптический спектр	Номинальная эффективность ( лм / Вт )	Срок службы ( MTTF ) (часы)	Цветовая температура ( кельвин )	Цвет	Цвет визуализации индекс
Лампа накаливания	Непрерывный	4–17	2–20 000	2,400–3,400	Теплый белый (желтоватый)	100
Галогенная лампа	Непрерывный	16–23	3 000–6 000	3 200	Теплый белый (желтоватый)	100
Флюоресцентная лампа	Линия ртути + люминофор	52–100 (белый)	8 000–20 000	2 700–5 000 *	Доступны как белый (разная цветовая температура), так и насыщенные цвета	15–85
Металлогалогенная лампа	Квазинепрерывный	50–115	6 000–20 000	3 000–4 500	Холодный белый	65–93
Серная лампа	Непрерывный	80–110	15 000–20 000	6000	Бледно-зеленый	79
Натрий высокого давления	Широкополосный доступ	55–140	10 000–40 000	1,800–2,200 *	Розовато-оранжевый	0–70
Натрий низкого давления	Узкая линия	100–200	18 000–20 000	1,800 *	Желтый, без цветопередачи	0
Светодиодная лампа	Линия плюс люминофор	10–200 [7] (белый)	50 000–100 000	Различный белый от 2700 до 6000 *	Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета	70–85 (белый)
Безэлектродная лампа	Линия ртути + люминофор	70–90 (белый)	80 000–100 000	Различный белый от 2700 до 6000 *	Различная цветовая температура, а также насыщенные цвета	70–85 (белый)

* Цветовая температура определяется как температура черного тела, излучающего аналогичный спектр; эти спектры сильно отличаются от спектров черных тел.

Самый эффективный источник электрического света — натриевая лампа низкого давления. Для всех практических целей он излучает монохроматический оранжево-желтый свет, который дает такое же монохроматическое восприятие любой освещенной сцены. По этой причине он обычно используется для наружного освещения. Астрономы предпочитают натриевые лампы низкого давления для общественного освещения, поскольку создаваемое ими световое загрязнение можно легко фильтровать, в отличие от широкополосных или непрерывных спектров.