Естественные и искусственные источники света

Свет — будь он естественный или искусственный — это физическое явление, благодаря которому мы имеем возможность видеть. Без него нам бы оставалось полагаться только на слух, вкус, обоняние, осязание. Зрение же без света работать не может, поскольку глаз является ничем иным, как оптическим прибором, созданным Богом или эволюцией (кто во что верит — не важно). Наше зрение преобразует отражённое от окружающих предметов световое излучение в понятные нашему мозгу сигналы, с которых и складывается картинка, которую мы видим.

Костер - искусственный тепловой источник света
Костер — искусственный тепловой источник света

На заре своего развития люди (и всё остальное с глазами) довольствовались естественными источниками света. Со временем их стало недостаточно. Человек начал освещать свою жизнь, используя разные энергоносители, которые получилось преобразовывать в свет. Так появились и развивались до нынешнего уровня искусственные источники света.

Что такое источник света?

Для начала хотя бы в общих чертах разберёмся, что такое свет. Потом вернёмся к его источникам.

Свет
Свет

Свет — с точки зрения физической науки, которая называется оптикой, это электромагнитное излучение, которое способно воспринимать человеческое зрение. Электромагнитные волны имеют разную длину. Наш глаз способен «обрабатывать» те волны, длина которых вписывается в диапазон 400…700 нанометров.

Нанометр (нм или nm)

Единица измерения длины, равная одной миллиардной части метра. Другими словами, в одном привычном нам метре миллиард нанометров. В одном миллиметре их миллион. Что интересно, материальные вещи мы можем видеть, если они не мельче 0,05 мм (50 000 нм). А вот электромагнитные волны, которые короче 380 нм и длиннее 700 нм — невооружённым глазом мы не видим.

Электромагнитные волны той длины, которая воспринимается нашим зрением, принято называть видимым спектром или видимым излучением. В зависимости от того, какой длины волны, излучаемые источником света или отражаемые окружающими нас предметами, мы различаем разные цвета. От фиолетового до красного.

Ультрафиолетовое излучение Источники света
Ультрафиолетовое излучение
629
ElectricX.ru - все об электричестве

Инфра- и ультра- «свет»

Поскольку наша тема — источники света, — следует упомянуть и о тех их видах, которые мы широко используем, хотя они излучают невидимые нашим глазом электромагнитные волны. Речь об ультрафиолетовых и инфракрасных источниках. Первые мы применяем для обеззараживания, кристаллизации некоторых веществ, развлечения. Источники инфракрасного излучения чаще всего используются для нагрева чего-либо.
Диапазоны длин волн светового спектра
Диапазоны длин волн светового спектра

Кстати…

Если мы не видим ультрафиолетового и инфракрасного излучения, то это вовсе не означает, что источник их не излучает. Например, наше Солнце даёт нам намного более широкий спектр, чем мы можем видеть. Даже простая лампочка накаливания, и та излучает не только видимый свет, но и инфракрасный.

Источник света — природный или искусственно созданный объект, излучающий электромагнитную энергию. Поскольку видим её мы только в определённом спектре, то и источниками света называем те, которые излучают волны в его рамках. Причиной излучения света чаще всего служит процесс преобразования какой-либо энергии в электромагнитную. Например, в костре свет «рождается» благодаря сгоранию дров. В лампочках в свет преобразуется электрическая энергия. В керосиновой лампе — энергия, заключённая в заправленном топливе.

Стоит также различать что относится к первичным и вторичным источникам света. Первичный источник света — это объект, который непосредственно излучает свет. Например, Солнце или лампочка накаливания. Вторичный источник света — это объект, который отражает своей поверхностью излучаемый первичным источником свет. Например, наша Луна светится за счёт того, что отражает свет Солнца. Предметы вокруг нас — мебель, стены, деревья, люди — это всё вторичные источники света, и видим мы их благодаря тому, что от них отражается свет первичных источников.

Возобновляемые источники энергии Источники энергии
Возобновляемые источники энергии: решение для будущего?
205
ElectricX.ru - все об электричестве

Из этого можно сделать важнейший вывод. Для нашего восприятия более ценными являются отнюдь не первичные источники света (лампочки, Солнце). Более того, на многие первичные источники света смотреть неприятно, и даже вредно (есть исключения, например, костёр в камине или на природе). А вот из отражённого (вторичного) от окружающих объектов света складывается большая часть нашего восприятия. Благодаря этому мы можем учиться, взаимодействовать с окружающей средой и другими людьми. Без света человеку свойственно испытывать растерянность, дезориентацию, страх.

Источники света бывают естественными и искусственными.

Естественные источники света

Естественный источник света — природный объект или явление, в набор «способностей» которого входит излучение видимого света. Другими словами, это те источники, которые светят, но созданы исключительно природой, без участия человека.

Примеры естественных источников света:

  • Солнце.
  • Луна.
  • Звёзды.
  • Молнии.
  • Люминесцирующие живые существа (светлячки и прочие).
  • Излучающие свет минералы.

Обратите внимание

Среди прочего в этом списке Луна не является источником света, как таковым. Вернее, первичным источником. Она ничего не излучает, а только отражает солнечный свет. Тем не менее, она есть в этом списке в Википедии и многих других авторитетных источниках. Следуя такой «логике», этот список можно дополнять до бесконечности. Например, внести в него стены зданий, отражающие свет от Луны, которая отразила свет Солнца. Выключенные лампочки, отражающие свет включенных лампочек…
Лунный свет
Лунный свет

Для человека наиболее важным естественным источником света является Солнце. Оно освещает нашу жизнь в светлое время суток. Несмотря на современное многообразие искусственных источников света, о которых речь пойдёт ниже, Солнцу пока что в деле освещения равных нет. Его свет считается эталонным для нашего зрения, поскольку оно много лет приспосабливалось именно к нему. Солнечный свет обязательно учитывается при проектировании жилых и других зданий. Чтобы использовать его по максимуму, мы применяем различные виды остекления — обычные окна, панорамное остекление, архитектурные решения вроде «второго света», «кукушки», «эркера».

Но этого современному человеку мало. Солнце светит не всегда. Свет его проникает не везде, где мы живём. Поэтому…

Искусственные источники света

Искусственный источник света — техническое устройство, созданное человеком с целью получения света путём преобразования энергии в видимые электромагнитные волны. Считается, что первым источником искусственного освещения был открытый огонь в виде костров и факелов. Не брезгуем им мы, ибо огонь — это одна из трёх вещей, на которые можно смотреть вечно… Сегодня в нашем распоряжении есть очень много искусственных источников света. Мы настолько с ними свыклись, что без них наша жизнь уже кажется нам невозможной. Когда случаются перебои с подачей электроэнергии в тёмное время суток, искусственные источники света — это первое, чего нам не хватает.

Естественные и искусственные источники света
Естественные и искусственные источники света

Это любопытно

Огонь мы считаем искусственным источником света. Однако, формально он не всегда таковым является. Например, когда мы своими руками разжигаем его в камине или на кострище — это да, искусственный источник света (и тепла). А вот если взять лесной или иной пожар, при свете которого тоже неплохо видно, огонь уже нельзя считать искусственным источником. Разве что пожар устроил человек…

Развитие искусственного освещения

С развитием искусственного освещения человеческая жизнь преобразилась. Сегодня мы этого не замечаем, но искусственному свету мы многим обязаны. Благодаря нему мы больше успеваем сделать за день. Мы можем заниматься своей деятельностью там, куда не проникает солнечный свет. Развитие искусственного освещение не только расширило сферу и временные рамки нашей деятельности. Оно сделало нашу жизнь более комфортной.

Поинтересуйтесь у людей почтительного возраста — насколько комфортно было читать, шить, вязать при свете свечи или даже керосиновой лампы. А ведь это был повседневный досуг до появления телевизора, компьютера и смартфона (которые, к слову, тоже можно назвать искусственными источниками света).

Первые искусственные источники света

Огонь — считается первым тепловым источником света, освоенным человеком. Сначала это был простой костёр на открытой местности. Позже люди научились использовать открытый огонь в «помещениях». Основным энергоносителем в те времена служила древесина (хотя кости мамонтов тоже использовали). Появились первые «фонарики» — факелы. Сначала, скорее всего, это была палка, вытащенная из костра. Позже на факел приделывался горючий материал, который горит дольше и ярче.

Огонь - первый источник света
Огонь — первый источник света

Первым «окультуренным» искусственным источником света был древний аналог керосиновой лампы. Только вместо керосина, о котором тогда знать не знали, использовали горючие масла. С открытием воска огонь был перенесён человеком на свечу — изобретение настолько удачное, что и в наши дни его можно купить в магазине.

Большое преимущество первых источников искусственного освещения — это автономность. Топлива сколько угодно много, и оно доступно для использования. Однако есть и довольно существенные недостатки. Открытый огонь — это источник пожара при неосторожном использовании, а также угарного газа, ограничивающего его применение в закрытых пространствах. Например, нельзя в помещении разжечь большой костёр или установить столько свечей, чтобы по освещённости достичь уровня современной копеечной лампочки.

В истории есть немало упоминаний, когда причиной масштабного пожара становилась масляная лампа или аналогичный источник искусственного света.

Альтернативные источники энергии Источники энергии
Что такое альтернативные источники энергии
811
ElectricX.ru - все об электричестве

Газовые фонари

С новыми открытиями в области физики и химии люди получили в своё пользование более удобное, яркое и безопасное освещение — газовое. Газовые фонари или лампы применялись далеко не только для освещения улиц. В домах многих европейских стран этот источник искусственного света был очень популярным и развитым. Газ хранили в баллонах, и его было удобно транспортировать до мест использования по резиновым шлангам и медным трубам.

Газовый фонарь
Газовый фонарь

Источник энергии

Следует отметить, что так называемый светильный газ, который использовали во времена газовых фонарей и ламп, был отнюдь не тем полезным ископаемым, которое все знают сегодня. Газ для освещения изначально делали путём пиролиза жира морских животных. Почитайте произведения Жюль Верна «Пятнадцатилетний капитан», «Дети капитана Гранта», «Таинственный остров». Получение светильного газа было одной из основных целей довольно опасного китобойного промысла.

Немногим позже в качестве горючего газа для освещения стали применять бензол и ацетилен. Но, несмотря на их сравнительно простое добывание, они были чрезвычайно дорогими. Частично именно из-за это их свет померк с изобретением и освоением электрической энергии. Киты и другие «жирные» животные должны быть признательны Василию Петрову, который обнаружил вольтову или электрическую дугу, так как с этого времени искусственный свет изменил вектор развития.

Электрические источники света

Многие наверняка думают, что первым электрическим источником света была лампочка накаливания. Несомненно, это ценнейшее изобретение, плодами которого мы пользуемся до сих пор. И окружённое многочисленными спорами — кто первый придумал…

свеча Яблочкова Лампы
Свеча Яблочкова
366
ElectricX.ru - все об электричестве

Между тем, первым источником искусственного преобразования электроэнергии в свет была электродуга. Сегодня этот эффект используется в газоразрядных, неоновых, люминесцентных лампочках. Электрическая дуга — это пробой газовой среды, который возникает при определённом (высоком) напряжении на концах электродов. Изменяя материал электродов, напряжение и расстояние между ними, управляли этим источником света. Позже додумались изменять среду, в которой возникает электродуга. Открыли множество газов, в среде которых дуга горит ярко, долго, и электроэнергии требует не так уж много.

КПД

Современные газоразрядные лампы способны отдавать до 200 люмен на ватт, что в два раза эффективнее, чем может всем известный светодиод. Конечно, только этот факт не может быть причиной массового использования газоразрядных ламп. Светодиоды более распространены, поскольку они дешевле, надёжнее и безопаснее.
Лампы
Лампы

Основные искусственные источники света сегодня — это лампы:

  • накаливания;
  • люминесцентные;
  • светодиодные;
  • газоразрядные;
  • дуговые.

Поскольку они сегодня правят искусственным светом, рассмотрим более детально, с чем их едят.

Когда появилось электричество в России Источники энергии
История электрификации России: от царской до современной
831
ElectricX.ru - все об электричестве

Характеристики электроосвещения

Характеристики искусственных источников света позволяют определить их эффективность, долговечность, а также то, что мы называем общим словом — яркость. Ключевым параметром любой лампочки является технология, определяющая устройство, принцип работы, себестоимость и ряд других характеристик. В зависимости от технологии источникам света зачастую даются названия. Например, лампочка накаливания светит за счёт нагревающейся до бела нити накаливания. В светодиодной лампе светят светодиоды. В люминесцентных — люминесцирующее вещество.

что такое торшер Светильники
Торшеры в современном дизайне интерьеров
1.4к.
ElectricX.ru - все об электричестве

К основным характеристикам искусственных источников света относится:

  • световой поток;
  • освещённость;
  • сила света;
  • цветовая температура;
  • световая отдача;
  • потребляемая мощность;
  • напряжение питания;
  • ресурс.

При этом, потребляемая мощность и напряжение питания — характеристики, которые относятся исключительно к электрическим источникам. Остальными же можно охарактеризовать всё, что излучает свет — свечу, керосиновую лампу, и даже наше Солнце.

Световой поток

Световой поток — это величина, которая показывает количество световой энергии в излучаемом потоке. Единица измерения светового потока — люмен (лм или lm). Определение этой единицы достаточно сложное. С точки зрения простого пользователя люмен можно понимать, как яркость. Чем больше люмен, тем ярче источник.

Световой поток
Световой поток

Например, лампочка накаливания «сотка» (100 Вт) даёт световой поток в 1340 люмен. А вот COB светодиод чуть меньшей мощности выдаёт поток до 15 000 люмен. Галогенные лампы светят чуть ярче, чем лампы накаливания.

Читайте также

О соответствии мощности светодиодных ламп лампам накаливания у нас есть отдельная статья. Также там можно воспользоваться калькулятором, для расчета мощности одной лампы, в зависимости от её типа, площади, назначения помещения и высоты потолка.

Освещённость

Освещённость — это отношение светового потока к площади, на которую он падает. Единица измерения — люкс (лк или lx). Простыми словами — чем больше люкс, тем ярче освещается источником какой-либо предмет. Один люкс — это когда световой поток в один люмен освещает площадь в один квадратный метр.

Освещённость
Освещённость

Примитивный люксметр можно скачать на телефон в виде приложения, которое используя датчик освещённости выдаёт достаточно наглядные показатели (этот же датчик в телефоне используется для автоматической регулировки яркости экрана и других функций).

В отличие от люменов, люксы характеризуют яркость не самого источника света, а яркость освещённости объектов, на которые падает свет. Другими словами, чем больше люкс, тем нам предметы кажутся лучше освещёнными.

Например, Солнце в ясный день даёт освещённость до 130 000 люкс (в тропиках). Полная Луна — около 1 лк. Чтобы в рабочем кабинете было комфортно работать, в нём нужно организовать освещённость порядка 400 люкс. Это соответствует моменты восхода или заката Солнца в безоблачный день.

Светоотдача

Светоотдача (световая отдача) — это отношение светового потока источника к потребляемой им мощности. Для измерения используется единица люмен на ватт (лм/Вт). То есть, светоотдача показывает, сколько света даёт лампочка, потребляющая столько-то ватт электроэнергии. Данный показатель наиболее наглядно показывает эффективность электроосвещения.

Например, 100-ваттная лампа накаливания обладает светоотдачей 13,8 лм/Вт. Такой же мощности галогеновая — 16,7 лм/Вт. Светодиодные — до 50 лм/Вт. Газоразрядные — до 200 лм/Вт.

Светоотдача различных типов ламп
Светоотдача различных типов ламп

Следует отметить, что у ламп, в которых источником света является нить накаливания, с повышением мощности светоотдача увеличивается далеко не пропорционально. Так, если «сотка» даёт 13,8 лм/Вт, то вдвое более мощная «двухсотка» — только 15,2 лм/Вт (а не 28, как хотелось бы). А вот светодиодные, ксеноновые, газоразрядные, люминесцентные таким «воровством ватт» не отличаются.

Сила света

Сила света — величина, которая характеризует световую энергию, переносимую в некотором направлении за единицу времени. Измеряется в канделах (кд или cd). Достаточно сложная для понимания характеристика, поэтому подробно разбирать здесь не будем. Тем более, что для классификации источников света она почти не применяется. Рассмотрим лишь пару примеров для наглядности.

Единица измерения кандела названа по латинскому слову candela, что переводится, как свеча. Название дано не просто так. Сила света одной свечи — 1 кд. Лампа накаливания на 100 Вт светит силой 100 кд. Примерно с такой же силой светит 20-ваттная люминесцентная лампа.

Для сравнения:

Сила света Солнца оценивается в 2 800 000 000 000 000 000 000 000 000 кд

Цветовая температура

Как уже упоминалось выше, наиболее комфортным для нашего зрения является солнечный свет. В особенности это распространяется на его цветовую температуру.

Цветовая температура
Цветовая температура

Цветовая температура — простыми словами, оттенок излучаемого источником света (научное определение гораздо сложнее и требует много времени для понимания). Измеряется в кельвинах (К). Различают нейтральные оттенки, тёплые и холодные. Солнечный свет — нейтральный (5000 К). Многие люминесцентные и светодиодные лампы дают такой же свет. Ксенон, неон, газоразрядные лампы — в большинстве дают холодный свет. Тёплыми тонами отличаются лампы накаливания. Хотя люминесцентные и светодиодные тоже бывают тёплыми.

цветовая температура светодиодных ламп Лампы
Цветовая температура светодиодных ламп
1.4к.
ElectricX.ru - все об электричестве

Потребляемая мощность

Потребляемая мощность (электрическая) — величина, характеризующая скорость преобразования электрической энергии в свет. Измеряется в ваттах (Вт или W). Чем мощнее источник света, тем больше электроэнергии он кушает в единицу времени, и тем дороже обходится его работа по итогу. В осветительной технике используется для расчёта общей мощности системы, а также для обозначения эффективности источников света (см. «Светоотдача»).

В повседневной жизни встречаются источники света, мощность которых не превышает сотни ватт. С появлением энергосберегающих и светодиодных ламп эта планка опустилась до пары десятков ватт. Лишь для освещения больших территорий и других узконаправленных задач применяются более мощные источники света (на киловатт и более).

Потребляемая мощность позволяет также рассчитать, сколько денег «скушает» та или иная лампочка за отчётный период. Например, 100-ваттная лампа накаливания, работающая ежедневно по 3 часа, за месяц превратит в свет 9 кВт*ч электроэнергии или 36 рублей денег (при тарифе 4 руб./кВт*ч). Подробнее можно прочитать в нашей статье.

Напряжение питания

Все электрические источники искусственного света рассчитаны на определённое напряжение питания. Ну, или почти все (светодиоды рассчитываются на ток). В нашей стране лампочки для освещения рассчитаны на 220 — 240 В. Автомобильные — на 12 В (на 24 в грузовиках). В некоторых сферах применяются и другие номиналы — 36, 48 В. В старых фонариках устанавливались лампочки накаливания на 3,6 В или на 6 В.

Для информации

Номинальное напряжение питания ксеноновой автомобильной лампочки составляет 85 В, тогда как для её розжига требуется около 25 000 В. Поскольку в бортовой сети автомобиля есть только 12 В, питание ксеноновых ламп организовано через специальные блоки розжига.

Ресурс

Не менее важная с точки зрения потребителя характеристика, чем все остальные. Ведь никому не хочется менять сгоревшие лампочки по несколько раз на дню, что неизбежно приходилось делать во времена свечей и ламп на жидком топливе.

Ресурс искусственного источника света — время, продолжительность работы до отказа. Устанавливается производителями, но изначально определяется технологией, по которой изготовлен источник света. То есть, как ты не усовершенствуй старую добрую лампочку накаливания, она не может работать больше 1000 часов.

Имеется в виду, что не может в нормальном режиме эксплуатации. Когда она регулярно включается и выключается, подвергается воздействию скачков напряжения, вибрациям. Вероятно, вы слышали о лампочке накаливания, которая очень долго светит, и не перегорает. Называется она столетней лампой, и светит непрерывно с 1901 года. Секрет её «долгожительства» отнюдь не в сверхъестественном качестве. Просто она светит еле-еле, и её «не клацают» туда-сюда. То есть, с точки зрения практичности она — бесполезна. Но история, всё равно, занятная.

Самая старая лампа
Самая старая лампа

Если рассматривать лампочки, которые используются повсеместно и с пользой, то у них ресурс несколько скромнее:

  • лампа накаливания — 1000 часов;
  • люминесцентные «экономки» — 7000 часов;
  • светодиодные нормального качества — до 50 000 часов.

Следует подчеркнуть, что ресурс во многом зависит от условий эксплуатации источника света. Например, лампы накаливания перегорают быстрее, если их часто включать и питать повышенным напряжением. Светодиоды «умирают» из-за недостаточно эффективного теплоотвода.

Кроме того, есть такое понятие, как естественный износ. К примеру, вольфрамовая спираль (или нить) в лампе накаливания постепенно теряет этот самый вольфрам, становясь всё тоньше и тоньше. Из-за этого меняется её электрическое сопротивление и способность «выдерживать» ток, на который она рассчитана изначально. Нить просто разрывается, и лампа гаснет навсегда. В галогеновых лампах этот эффект частично побеждён. Посмотрите при случае внутрь такой лампы — спираль расположена в маленькой колбе («лампочке в лампе»), в которую ещё и газ особый закачан.

Занятная история

С 1924 по 1939 год существовал картель Phoebus, в который входили такие акулы «лампового бизнеса», как Osram и Philips (и не только эти). Так вот, они сговорились намеренно укорачивать ресурс лампочек, чтобы те чаще перегорали и вынуждали пользователей покупать новые. Многие (судя по роликам на You Tube) верят, что картель существует до сих пор. Видимо, не хватает сил дочитать эту историю в Википедии до конца

Сегодня ресурс искусственных источников света больше всего «упирается» в золотую середину, к которой стремятся производители. С одной стороны, это качество материалов и затраты на них. Многие экономят на этом, давая рынку более низкие цены. С другой стороны — режимы работы лампочек, ниже которых они превращаются в тусклые и бесполезные изделия. В конце концов, ничего вечного нет. Даже наше Солнце, и то будет светить не вечно (на наш век хватит).

Итоги

Искусственные источники освещения отличаются от естественных тем, что они созданы человеком. Контролируемый огонь, свечи, керосиновые и газовые лампы, все виды электрических лампочек — это всё искусственные источники света. К источникам естественного света относят объекты или явления, созданные природой без участия человека. Солнце, звёзды, полярное сияние, молния — это источники естественного света. Основным в нашей жизни является солнечный свет. Под его параметры наилучшим образом приспособлены наши глаза. Но, поскольку Солнце не светит ночью и в закрытых помещениях, человек вынужден был придумать искусственные источники света. Они делают нашу жизнь более продуктивной, удобной, комфортной, безопасной.

ElectricX.ru - все об электричестве

Мы используем файлы cookie на нашем сайте

OK