Umělé světelné zdroje jsou technická zařízení různé konstrukce a s různými způsoby přeměny energie, jejichž hlavním účelem je získat světelné záření (jak viditelné , tak s různými vlnovými délkami , např. infračervené ). Světelné zdroje využívají především elektřinu , ale někdy se používá i chemická energie a další způsoby generování světla (například triboluminiscence , radioluminiscence atd.). Na rozdíl od umělých zdrojů světla jsou přírodními zdroji světla přírodní hmotné objekty: Slunce ,Polární světla , světlušky , blesky atd.
Nesoulad mezi spektrem umělého zdroje světla a spektrem přirozeného může negativně ovlivnit zdraví lidí [1]
Vůbec prvním zdrojem světla, který lidé při své činnosti používali, byl oheň (plamen) ohně. S postupem času a přibývajícími zkušenostmi se spalováním různých hořlavých materiálů lidé zjistili, že více světla lze získat spalováním jakýchkoli pryskyřičných dřevin, přírodních pryskyřic, olejů a vosků . Z hlediska chemických vlastností obsahují takové materiály větší hmotnostní procento uhlíku a při hoření se částice sazí uhlíku v plameni velmi zahřívají a vyzařují světlo. Později, s rozvojem technologií zpracování kovů, vývoj metod rychlého zapálení pomocí pazourku a pazourku umožnil vytvořit a výrazně zdokonalit první nezávislé světelné zdroje, které bylo možné instalovat v libovolné prostorové poloze, nosit a dobíjet palivem. Také určitý pokrok ve zpracování ropy , vosků, tuků a olejů a některých přírodních pryskyřic umožnil izolovat potřebné palivové frakce: rafinovaný vosk, parafín , stearin , palmitin , petrolej atd. Takovými zdroji byly především svíčky , pochodně , olejové, později olejové lampy a lucerny. Z hlediska autonomie a pohodlí jsou velmi výhodné světelné zdroje využívající energii spalování paliv, ale z hlediska požární bezpečnosti ( otevřený plamen ), emise produktů nedokonalého spalování (saze, palivové výpary, uhlík ). oxid monoxidu ) představují známé nebezpečí jako zdroj vznícení. Historie zná mnoho příkladů vzniku velkých požárů , které byly způsobeny olejovými lampami a lucernami, svíčkami atd.
Další pokrok a rozvoj znalostí v oblasti chemie, fyziky a nauky o materiálech umožnil lidem využívat i různé hořlavé plyny , které při spalování vydávají více světla. Plynové osvětlení bylo poměrně široce vyvinuto v Anglii a řadě evropských zemí. Zvláštní výhodou plynového osvětlení bylo, že bylo možné osvětlit velké plochy ve městech, budovách atd. díky tomu, že plyny mohly být velmi pohodlně a rychle dodávány z centrálního úložiště ( lahve ) pomocí pogumovaných objímek ( hadic ) nebo oceli . nebo měděné potrubí a je také snadné přerušit přívod plynu z hořáku pouhým otočením uzavíracího ventilu . Nejdůležitějším plynem pro organizaci městského plynového osvětlení byl takzvaný „ osvětlovací plyn “, vyráběný pyrolýzou tuku mořských živočichů ( velryby , delfíni , tuleni atd.), a o něco později vyráběný ve velkém množství z uhlí . při koksování posledně jmenovaného v plynových osvětlovacích zařízeních.
Jednou z nejdůležitějších složek osvětlovacího plynu, která dávala největší množství světla, byl benzen , objevený v osvětlovacím plynu M. Faradayem . Dalším plynem, který našel významné využití v průmyslu plynového osvětlování, byl acetylen , ale vzhledem k jeho výrazné tendenci vznítit se při relativně nízkých teplotách a vysokým limitům koncentrace vznícení nenašel široké uplatnění v pouličním osvětlení a byl používán v hornictví a cyklistickém "karbidu". "svítilny. Dalším důvodem, který znesnadňoval použití acetylenu v oblasti plynového osvětlení, byla jeho mimořádně vysoká cena ve srovnání se svítiplynem.
Paralelně s vývojem využití široké škály paliv v chemických světelných zdrojích, jejich konstrukcí a nejvýnosnějším způsobem spalování (regulace proudění vzduchu), jakož i konstrukcí a materiálů pro zvýšení světelného výkonu a výkonu (knoty , plynové hořáky atd.) byly vylepšeny. Místo knotů s krátkou životností vyrobených z rostlinných materiálů ( konopí ) byly rostlinné knoty impregnovány kyselinou boritou a azbestovými vlákny a s objevem minerálu monazitu byla objevena jeho pozoruhodná vlastnost, že při zahřátí velmi jasně svítí a přispívá k úplnosti. spalování svítiplynu. Pro zvýšení bezpečnosti používání se pracovní plamen začal ohrazovat kovovými sítěmi a skleněnými uzávěry různých tvarů.
Další pokrok v oblasti vynálezu a konstrukce světelných zdrojů byl z velké části spojen s objevem elektřiny a vynálezem zdrojů proudu . V této fázi vědeckého a technologického pokroku bylo zcela zřejmé, že je nutné zvýšit teplotu oblasti vyzařující světlo, aby se zvýšila jasnost světelných zdrojů. Pokud v případě použití spalovacích reakcí různých paliv ve vzduchu dosáhne teplota spalin 1500-2300 °C, pak při použití elektřiny lze teplotu ještě výrazně zvýšit. Různé vodivé materiály s vysokým bodem tání při zahřívání elektrickým proudem vyzařují viditelné světlo a mohou sloužit jako světelné zdroje různé intenzity. Jako takové materiály byly navrženy: grafit (uhlíkové vlákno), platina , wolfram , molybden , rhenium a jejich slitiny. Pro zvýšení životnosti elektrických světelných zdrojů se jejich pracovní tělesa (spirály a vlákna) začala umisťovat do speciálních skleněných válců (lampy) vakuovaných nebo plněných inertními nebo neaktivními plyny ( vodík , dusík , argon atd.). Při volbě pracovního materiálu se konstruktéři lampy řídili maximální provozní teplotou žhavené spirálky a přednost dostal uhlík (Lodyginova lampa, 1873) a později wolfram. Wolfram a jeho slitiny s rheniem jsou stále nejpoužívanějším materiálem pro výrobu elektrických žárovek, protože za nejlepších podmínek je lze zahřát na teploty 2800-3200 °C. Souběžně s pracemi na žárovkách v době objevu a využití elektřiny byly zahájeny a výrazně rozvíjeny také práce na světelném zdroji elektrického oblouku (Jabločkovova svíčka) a na světelných zdrojích na bázi doutnavého výboje. Elektrické obloukové světelné zdroje umožnily realizovat možnost získání kolosálních světelných toků (stovky tisíc a miliony kandel ) a světelné zdroje na bázi doutnavého výboje - neobvykle vysoká účinnost. V současnosti jsou nejpokročilejšími světelnými zdroji na bázi elektrického oblouku kryptonové, xenonové a rtuťové výbojky a na bázi doutnavého výboje - v inertních plynech ( helium , neon , argon, krypton a xenon ) se rtuťovými parami a další. Lasery jsou v současnosti nejvýkonnějšími a nejjasnějšími zdroji světla. Velmi výkonnými zdroji světla jsou také různé pyrotechnické osvětlovací kompozice používané pro fotografování , osvětlování velkých prostor ve vojenských záležitostech (fotovzdušné pumy, světlice a osvětlovací pumy).
K získávání světla lze využít různé formy energie a v tomto ohledu lze poukázat na hlavní typy (z hlediska energetického využití) světelných zdrojů.
Světelné zdroje jsou žádané ve všech oblastech lidské činnosti - v každodenním životě, ve výrobě, ve vědeckém výzkumu atd. V závislosti na konkrétní oblasti použití jsou na světelné zdroje kladeny různé technické, estetické a ekonomické požadavky a někdy i upřednostňuje se jeden nebo druhý parametr světelného zdroje nebo součet těchto parametrů.
Sovětský blesk s fotopastí FIL-107
Xenonové světlomety na autech.
Letecký pohled na rybáře návnadu na tichomořské chobotnice s jasně modrými xenonovými světly (uprostřed) v Tsushima Strait oddělující Japonsko a Jižní Koreu . Oranžový odstín (vlevo) je v korejských městských osvětleních, kde se pro pouliční osvětlení obvykle používají sodíkové výbojky . V Japonsku (vpravo) se pro osvětlení běžněji používají rtuťové výbojky , které mají nazelenalý odstín.
Světelné zdroje určité konstituce jsou velmi často doprovázeny přítomností nebezpečných faktorů, z nichž hlavní jsou:
Intenzita světla typických zdrojů:
| Zdroj | Výkon, W | Přibližná intenzita světla, cd | Teplota barev, K | Účinnost, % | Čas do selhání, h |
|---|---|---|---|---|---|
| Svíčka | jeden | ||||
| Moderní (2006) žárovka | 100 | 100 | 2700 | 2.5 | 1000 |
| Obyčejná LED | 0,015 | 0,001 | 4000 | 91 | 100 000 |
| Super jasná LED | 2.4 | 12 | 4000 | 91 | 100 000 |
| Moderní (2006) zářivka (zářivka). | dvacet | 100 | 6500 | 15 000 | |
| Elektrická oblouková xenonová výbojka | až 100 kW | ||||
| blesková lampa | až 10 kW | ||||
| Elektrická oblouková rtuťová výbojka | až 300 kW | 6500 | 12 000 | ||
| Jaderný výbuch (20 kt) | 2.1⋅10 21 | ||||
| Termonukleární výbuch (50 Mt) | 5.3⋅10 24 | ||||
| První rubínový laser | 0,1 |
| Kategorie |
Typ |
Světelný výkon ( Lumen / Watt ) | účinnost % |
|---|---|---|---|
| Na základě spalování | Svíčka | 0,3 [2] | 0,04 % |
| plynový hořák | 2 [3] | 0,3 % | |
| žárovka | 5W žárovka (120V) | 5 | 0,7 % |
| 40W žárovka (120V) | 12.6 [4] | 1,9 % | |
| 100W žárovka (120V) | 16.8 [5] | 2,5 % | |
| 100W žárovka (220V) | 13.8 [6] | 2,0 % | |
| 100W halogenová žárovka (220V) | 16.7 [7] | 2,4 % | |
| 2,6W halogenová žárovka (5,2V) | 19.2 [8] | 2,8 % | |
| Quartz halogenová žárovka (12-24V) | 24 | 3,5 % | |
| vysokoteplotní lampa | 35 [9] | 5,1 % | |
| Fluorescenční lampa | Kompaktní zářivka 5-24W | 45–60 [10] | 6,6–8,8 % |
| T12 lineární, s magnetickým předřadníkem | 60 [11] | 9 % | |
| T8 lineární, s elektronickým předřadníkem | 80–100 [11] | 12–15 % | |
| T5 lineární | 70–100 [12] | 10–15 % | |
| Světelná dioda | bílá LED | 10 - 97 [13] [14] [15] | 1,5–13 % |
| bílý OLED | 102 | patnáct % | |
| Prototyp LED | až 254 [16] | až 35 % | |
| Oblouková lampa | Xenonová oblouková lampa | 30-50 [17] [18] | 4,4–7,3 % |
| Obloukové rtuťové halogenidové výbojky | 50–55 [17] | 7,3–8,0 % | |
| výbojka | Vysokotlaká sodíková výbojka | 150 [19] | 22 % |
| Nízkotlaká sodíková výbojka | 183 [19] - 200 [20] | 27–29 % | |
| halogenidová lampa | 65-115 [21] | 9,5–17 % | |
| 1400W sírová lampa | 100 | patnáct % | |
| teoretický limit | 683,002 | 100 % |
| Koncepty | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Způsob výskytu |
| ||||||||||||||
| Jiné zdroje světla | |||||||||||||||
| Druhy osvětlení | |||||||||||||||
| Osvětlovací tělesa |
| ||||||||||||||
| Související články | |||||||||||||||