Искусственные источники света — технические устройства различной конструкции, преобразовывающие энергию в световое излучение. В источниках света используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света (например, триболюминесценция, радиолюминесценция, биолюминесценция и др.).
Видимый свет состоит только из крошечной части всего электромагнитного спектра излучения. Длины волн, которые обычно визуализируется человеческим глазом, лежат между 400 и 700 нм в длину, как показано на рисунке. Однако, вместо того, чтобы показывать одну длину волны, видимый свет обычно представляет собой смесь длин волн, изменение состава которых зависит от источника света от который он излучает.
Основные характеристики источников света
В повседневной жизни большинство людей сталкивается с небольшим количеством видимых источников света. Например, при выходе на улицу подавляющее большинство света, которое можно увидеть, излучается солнцем, которое также излучает многие другие частоты излучения, которые не попадают в видимый диапазон. Внутри, однако, видимый свет в основном исходит от искусственных источников, чаще всего флуоресцентных или вольфрамовых устройств.
Источники света, наиболее часто применяемые для искусственного освещения, делят на три группы - газоразрядные лампы, лампы накаливания и светодиоды. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.
Для каждого набора длин волн в видимом спектре люди воспринимают определенные цвета, распределение которых изложено в таблице. Количественная оценка цвета полезна, потому что это упрощает различие между различными оттенками и оттенками. Тем не менее, для разных спектральных распределений возможны одинаковые цветовые ощущения. Желтое цветовое ощущение может быть вызвано одной длиной волны света, например 590 нанометров, или это может быть результатом просмотра двух длин волн, например 590 и 600 нанометров.
Также можно рассматривать желтый цвет как узкое распределение с участием всех длин волн от 590 до 600 нанометров. Такой же набор возможностей существует для всех цветов в видимом спектре. Белый свет, однако, не фигурирует в таблице 1, потому что он состоит из смеси, содержащей все или большинство цветов в видимом спектре. Белый свет излучается множеством источников, таких как лампы накаливания, которые часто маркируются лампами накаливания, поскольку они излучают свет при нагревании электрической энергией.
В системах производственного освещения предпочтение отдается газоразрядным лампам. Использование ламп накаливания допускается в случае невозможности или экономической нецелесообразности применения газоразрядных.
Основные характеристики источников света:
· номинальное напряжение питающей сети U, B;
· электрическая мощность W, Вт;
Белый свет также может исходить от флуоресцентного источника, в котором свет генерируется в результате электрического тока, проходящего через заряженный газ. Однако самым большим источником белого света является солнце. Кривые спектрального распределения, демонстрирующие относительные количества энергии в зависимости от длины волны для трех наиболее распространенных источников белого света, показаны на рисунке. Красный спектр представляет собой относительную энергию вольфрамового света по видимому спектру.
Как видно, энергия вольфрамового света увеличивается с увеличением длины волны, что резко влияет на среднюю цветовую температуру результирующего света, особенно когда его сравнивают с солнечным светом и флуоресцентным светом. Желтый спектр отражает то, что люди видят с помощью естественного спектра солнечного света, отобранного в полдень. В нормальных условиях солнечный свет будет иметь наибольшее количество энергии, но спектр был нормализован, чтобы сравнить его с другими двумя. Синий спектр иллюстрирует то, что видно с флуоресцентным светом, и содержит некоторые заметные отличия от спектров вольфрама и естественного солнечного света.
· световой поток Ф, лм;
· световая отдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) лм/Вт;
· срок службы t, ч;
· Цветовая температура Tc, К.
Лампа накаливания - источник света, в котором преобразование электрической энергии в световую происходит в результате накаливания электрическим током тугоплавкого проводника (вольфрамовой нити). Эти приборы предназначаются для бытового, местного и специального освещения. Последние, как правило, отличаются внешним видом - цветом и формой колбы. Коэффициент полезного действия (КПД) ламп накаливания составляет около 5-10%, такая доля потребляемой электроэнергии преобразуется в видимый свет, а основная ее часть превращается в тепло. Любые лампы накаливания состоят из одинаковых основных элементов. Но их размеры, форма и размещение могут сильно отличаться, поэтому различные конструкции не похожи друг на друга и имеют разные характеристики.
В спектре флуоресцентного света присутствуют несколько пиков энергии, которые являются результатом наложенного линейного спектра паров ртути в люминесцентной лампе. Поскольку различные источники света имеют разные характеристики, решение о том, какой тип освещения следует использовать, обычно зависит от применения. Например, для освещения микроскопии, внутреннего и наружного освещения используются различные источники света без раскаленного света. Большинство из них основано на электронных разрядах в газе, таких как ртуть или благородные газы, неон, аргон и ксенон.
Существуют лампы, колбы которых наполнены криптоном или аргоном. Криптоновые обычно имеют форму "грибка". Они меньше по размеру, но обеспечивают больший (примерно на 10%) световой поток по сравнению с аргоновыми. Лампы с шаровой колбой предназначены для светильников, служащих декоративными элементами; с колбой в форме трубки - для подсветки зеркал в стенных шкафах, ванных комнатах и т. д. Лампы накаливания имеют световую отдачу от 7 до 17 лм/Вт и срок службы около 1000 часов. Они относятся к источникам света с теплой тональностью, поэтому создают погрешности при передаче сине-голубых, желтых и красных тонов. В интерьере, где требования к цветопередаче достаточно высоки, лучше использовать другие типы ламп. Также не рекомендуется применять лампы накаливания для освещения больших площадей и для создания освещенности, превышающей уровень 1000 Лк, так как при этом выделяется много тепла и помещение "перегревается".
Генерация видимого света в этих устройствах основана на столкновении атомов и ионов в газе с током, который выгружается из электродов на концах ламп. Эта концепция проиллюстрирована на рисунке 3 с помощью обычной люминесцентной лампы. В этом примере стеклянная трубка флуоресцентной лампы покрыта внутри люминофором, а трубка заполнена парами ртути при очень низком давлении. Электрический ток подается на электроды на концах трубки, создавая поток электронов. Когда электроны сталкиваются с атомами ртути, они возбуждают электроны в атомах в более высокие энергетические состояния.
Несмотря на эти ограничения, такие приборы все еще остаются классическим и излюбленным источникам света.
Лампы накаливания со временем теряют яркость, и происходит это по простой причине: испаряющийся с нити накаливания вольфрам осаждается в виде темного налета на внутренних стенках колбы. Современные галогенные лампы не имеют этого недостатка благодаря добавлению в газ-наполнитель галогенных элементов (йода или брома).
Затем эта энергия выделяется в виде ультрафиолетового излучения, когда атомы ртути возвращаются в основное состояние. Ультрафиолетовое излучение активирует внутреннее покрытие люминофора, заставляя его излучать ярко-белый свет, характерный для флуоресцентных ламп.
Уникальной особенностью источников света без накаливания является то, что длины волн, которые они генерируют, часто концентрируются в узких полосах, называемых линейными спектрами. Хотя они не производят непрерывный спектр, они по-прежнему полезны в некоторых приложениях. Например, натриевые лампы, используемые в уличном освещении, являются почти исключительно одиночным источником света, не имеющего раскаленного света. Эти лампы излучают очень интенсивный желтый свет, более 95 процентов из которых состоит из 589-нанометрового света.
Лампы бывают двух форм: трубчатые - c длинной спиралью, расположенной по оси кварцевой трубки, и капсульные - с компактным телом накала.
Цоколи малогабаритных бытовых галогенных ламп могут быть резьбовыми (тип Е), которые подходят к обычным патронам, и штифтовые (тип G), которые требуют патронов другого типа.
Световая отдача галогенных ламп составляет 14-30 лм/Вт. Они относятся к источникам с теплой тональностью, но спектр их излучения ближе к спектру белого света, чем у ламп накаливания. Благодаря этому прекрасно "передаются" цвета мебели и интерьера в теплой и нейтральной гамме, а также цвет лица человека.
Возможно, однако, разработать газоразрядные лампы, которые будут излучать умеренно непрерывный спектр в дополнение к линейным спектрам, присущим большинству этих ламп. Наиболее распространенным методом является покрытие внутренней поверхности трубки частицами люминофора, как в примере обычной люминесцентной лампы. Частицы люминофора поглощают излучение, излучаемое светящимся газом, и преобразуют его в свет, варьирующий от красного до синего.
В нормальных условиях большинство людей не могут различить смесь линейных спектров и непрерывного спектра. Однако некоторые объекты отражают необычные цвета в такой среде, особенно при флуоресцентном освещении. Вот почему одежда, купленная в магазине, освещенном флуоресцентным светом, часто выглядит немного другим цветом при естественном солнечном свете или непрерывном освещении вольфрамом.
Галогенные лампы применяются повсюду. Лампы, имеющие цилиндрическую или свечеобразную колбу и рассчитанные на сетевое напряжение 220В, можно использовать вместо обычных ламп накаливания. Зеркальные лампы, рассчитанные на низкое напряжение, практически незаменимы при акцентированном освещении картин, а также жилых помещений.
Лазер является еще одним важным источником видимого света, который становится все более популярным в самых разных целях. Лазеры в настоящее время используются в приложениях, начиная от компактных считывателей дисков и заканчивая измерительными и хирургическими устройствами. Таким образом, как следует из их названия, лазеры фактически не генерируют свет, а усиливают его. 
Лазеры уникальны тем, что они излучают непрерывный луч света, состоящий из одной длины волны, которая выходит из одной фазы, обычно называемой когерентным светом.
Люминесцентные лампы (ЛЛ) — разрядные лампы низкого давления — представляют собой цилиндрическую трубку с электродами, в которую закачаны пары ртути. Эти лампы значительно меньше расходуют электроэнергию, чем лампы накаливания или даже галогенные лампы, а служат намного дольше (срок службы до 20 000 часов). Благодаря экономичности и долговечности эти лампы стали самыми распространенными источниками света. В странах с мягким климатом люминесцентные лампы широко применяются в наружном освещении городов. В холодных районах их распространению мешает падение светового потока при низких температурах. Принцип их действия основан на свечении люминофора, нанесенного на стенки колбы. Электрическое поле между электродами лампы заставляет пары ртути выделять невидимое ультрафиолетовое излучение, а люминофор преобразует это излучение в видимый свет. Подбирая сорт люминофора, можно изменять цветовую окраску испускаемого света.
Длина волны света, испускаемого лазером, зависит от материала, из которого состоит лазерный кристалл или газ. Лазер, показанный на рис. 4, представляет собой рубиновый лазер, излучающий красный свет, когда атомы в кристалле возбуждаются вспышкой. Свет, образующийся в газовой смеси, отскочит назад и вперед между двумя зеркальными поверхностями на концах лазерной трубки, неуклонно увеличиваясь в энергии. Когда достигается критический порог, свет испускается из слегка прозрачного зеркала на одном конце лазерной трубки.
Большинство электрических ламп производят свет одной из этих двух процедур.
- Нагрев провода до белого тепла: лампы накаливания.
- Вызывает ионизацию газоразрядных ламп.
Принцип действия разрядных ламп высокого давления — свечение наполнителя в разрядной трубке под действием дуговых электрических разрядов.
Два основных разряда высокого давления, применяемых в лампах — ртутный и натриевый. Оба дают достаточно узкополосное излучение: ртутный — в голубой области спектра, натрий — в желтой, поэтому цветопередача ртутных (Ra=40-60) и особенно натриевых ламп (Ra=20-40) оставляет желать лучшего. Добавление внутрь разрядной трубки ртутной лампы галогенидов различных металлов позволило создать новый класс источников света — металлогалогенные лампы (МГЛ) , отличающиеся очень широким спектром излучения и прекрасными параметрами: высокая световая отдача (до 100 Лм/Вт), хорошая и отличная цветопередача Ra=80-98, широкий диапазон цветовых температур от 3000 К до 20000К, средний срок службы около 15 000 часов. МГЛ успешно применяются в архитектурном, ландшафтном, техническом и спортивном освещении. Еще более широко применяются натриевые лампы . На сегодняшний день это один самых экономичных источников света благодаря высокой светоотдаче (до 150 Лм/Вт), большому сроку службы и демократичной цене. Огромное количество натриевых ламп используется для освещения автомобильных дорог. В Москве натриевые лампы часто из экономии используются для освещения пешеходных пространств, что не всегда уместно из-за проблем с цветопередачей.
Филамент расположен в направлении тока, и излучение света не испытывает изменений в соответствии с чередованием электрической энергии, поскольку нить продолжает светиться, когда она возвращается вследствие того, что называется тепловой инерцией. Изменение светового выхода в зависимости от времени является синусоидальным.
Люминесцентная лампа излучает свет током, который проходит между двумя головками нитей, заключенными в трубу, содержащую газ, обычно пар ртути при низком давлении. Газ ионизируется напряжением на клеммах трубки и получается из его разрядного света. Свет, генерируемый этой процедурой, соответствует видимому спектру полосе вблизи короткой длины волны. Ультрафиолетовое излучение преобразуется или трансформируется в видимый свет люминофорным покрытием на внутренней стороне трубки. Покрытие люминофора приобретает флуоресценцию при приеме лучистой энергии короткой длины волны и испускает другую с более низкой энергией и более длинной длиной волны в виде видимого света.
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток в световое излучение. Специально выращенные кристаллы дают минимальное потребление электроэнергии. Великолепные характеристики светодиодов (световая отдача до 120 Лм/Вт, цветопередача Ra=80-85, срок службы до 100 000 часов) уже обеспечили лидерство в светосигнальной аппаратуре, автомобильной и авиационной технике.
Этот тип люминесцентных ламп наиболее часто используется для освещения больших пространств, городских, а также в некоторых домашних условиях. Были разработаны другие высокоинтенсивные лампочки, использование которых в последнее время значительно возросло. Этот тип соответствует натриевым лампам высокого давления и ртутным лампам высокого давления.
В люминесцентных лампах разряды не имеют одинаковой длины трубки; перед отрицательным электродом есть черные пространства. На концах трубки свет излучается в мерцании на частоте источника электроэнергии, и иногда мерцание становится видимым. По этой причине обычно люминесцентные лампы устанавливаются в коробке или «светильнике» с отражающими внутренними поверхностями, так что свет от концов трубки смешивается с отраженным светом, что разбавляет низкую составляющую. частота. Разбавление уменьшает глубину модуляции, и именно по этой причине этот тип света изменяется со временем.
Светодиоды применяются в качестве индикаторов (индикатор включения на панели прибора, буквенно-цифровое табло). В больших уличных экранах и в бегущих строках применяется массив (кластер) светодиодов. Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях и прожекторах. Так же они применяются в качестве подсветки жидкокристаллических экранов. Последние поколения этих источников света можно встретить в архитектурном и интерьерном освещении, а так же в бытовом и коммерческом.
Освещение такого рода является эффективным и высококачественным и поддерживает модуляцию частоты источника электропитания, в то время как трубка является относительно новой. По мере того, как возраст лампы, другой источник низкочастотной модуляции становится самым важным. Один из электродов ухудшается быстрее, чем другой, и разряд, протекающий в одном направлении, излучает меньше, чем когда он течет в противоположном направлении. Таким образом, имеется чередующийся разряд, снабженный флуктуациями, связанными с частотой источника электроэнергии.
Преимущества:
· Высокий КПД.
· Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных составляющих).
· Длительный срок службы.
· Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и передачи данных это — достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет только лазер.
· Малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком.
· Безопасность — не требуются высокие напряжения.
· Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
· Отсутствие ядовитых составляющих (ртуть и др.) и, следовательно, лёгкость утилизации.
· Недостаток - высокая цена.
· Срок службы: среднее время полной выработки для светодиодов составляет 100000 часов, это в 100 раз больше ресурса лампочки накаливания.
Основные характеристики света
- Свет и излучение. Под светом понимают электромагнитное излучение, вызывающее в глазу человека зрительное ощущение. При этом речь идет об излучении в диапазоне от 360 до 830 нм, занимающем мизерную часть всего известного нам спектра электромагнитного излучения.
- Световой поток Ф. Единица измерения: люмен [лм]. Световым потоком Ф называется вся мощность излучения источника света, оцениваемая по световому ощущению глаза человека.
- Сила света I. Единица измерения: кандела [кд]. Источник света излучает световой поток Ф в разных направлениях с различной интенсивностью. Интенсивность излучаемого в определенном направлении света называется силой света I.
- Освещенность Е. Единица измерения: люкс [лк]. Освещенность Е отражает соотношение падающего светового потока к освещаемой площади. Освещенность равна 1 лк, если световой поток 1 лм равномерно распределяется по площади 1м 2
- Яркость L. Единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/м 2 ]. Яркость света L источника света или освещаемой площади является главным фактором для уровня светового ощущения глаза человека.
- Световая отдача. Единица измерения: люмен на Ватт. Световая отдача показывает с какой экономичностью потребляемая электрическая мощность преобразуется в свет.
|
Характеристики источников света / Формулы |
||
|
Сила света, I [кд] |
Световой поток в телесном углу / Телесный угол [ср] |
|
|
Световой поток, Ф [лм] |
Сила света [кд] x Телесный угол [ср] |
|
|
Освещенность, E [лк] |
Сила света [кд] / [Расстояние в метрах [м]] 2 |
|
|
Яркость, L [кд/м 2 ] |
Cила света [кд] / Видимая светящаяся поверхность [м] 2 |
|
|
Световая отдача, [лм/Вт] |
Генерируемый световой поток [лм] / Потребляемая электрическая мощность [Вт] |
|
Технические характеристики светильников
Цветовая температура. Единица измерения: Кельвин [K]. Цветовая температура источника света определяется путем сравнивания с так называемым "черным телом" и отображается "линией черного тела". Если температура "черного тела" повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает. Лампа накаливания с тепло-белым светом имеет, например, цветовую температуру 2700 K, а люминесцентная лампа с цветностью дневного света - 6000 K.
Цветность света. Цветность света очень хорошо описывается цветовой температурой. Существуют следующие три главные цветности света: тепло-белая < 3300 K, нейтрально-белая 3300 - 5000 K, белая дневного света > 5000 K. Лампы с одинаковой цветностью света могут иметь весьма различные характеристики цветопередачи, что объясняется спектральным составом излучаемого им света.
Цветопередача. В зависимости от места установки ламп и выполняемой ими задачи искусственный свет должен обеспечивать возможность наиболее лучшего восприятия цвета (как при естественном дневном свете). Данная возможность определяется характеристиками цветопередачи источника света, которые выражаются с помощью различных степеней "общего коэффициента цветопередачи" Ra.
Коэффициент цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его эталонным источником света. Для определения значения фиксируется Ra сдвиг цвета с помощью восьми указанных в DIN 6169 стандартных эталонных цветов, который наблюдается при направлении света тестируемого источника света на эти эталонные цвета. Чем меньше отклонение цвета излучаемого тестируемой лампой света от эталонных цветов, тем лучше характеристики цветопередачи этой лампы. Источник света с показателем цветопередачи Ra = 100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значение Ra, тем хуже передаются цвета освещаемого объекта.
КПД светильника. КПД светильника является важным критерием оценки энергоэкономичности светильника. КПД светильника отражает отношение светового потока светильника к световому потоку установленной в нем лампы.
Источники света как источник зарядки светящейся краски.
Чтобы люминофор светился, его надо возбуждать, т.е. подводить энергию. Делать это можно
разными способами. Самый распространенный способ возбуждения - светом (видимым
Солнечным, искусственным комнатным или невидимым - ультрафиолетовым, инфракрасным).
Опытами Ньютона было установлено, что солнечный свет имеет сложный характер. Подобным же
образом, т. е. анализируя состав света при помощи призмы, можно убедиться, что свет большинства
других источников (лампа накаливания, газоразрядная лампа, дуговой фонарь и т. д.) имеет такой же
характер. Сравнивая спектры этих светящихся тел, обнаружим, что соответственные участки
спектров обладают различной яркостью, т. е. в различных спектрах энергия распределена по
разному .
Для обычных источников эти различия в спектре не очень значительны, однако их можно без труда
обнаружить. Наш глаз даже без помощи спектрального аппарата обнаруживает различия в качестве
белого света, даваемого этими источниками. Так, свет свечи кажется желтоватым или даже
красноватым по сравнению с лампой накаливания, а эта последняя заметно желтее, чем солнечный
свет.
Еще значительнее различия, если источником света вместо раскаленного тела служит трубка, наполненная газом, светящимся под действием электрического разряда. Такие трубки употребляются в настоящее время для светящихся надписей или освещения улиц. Некоторые из
этих газоразрядных ламп дают ярко желтый (натриевые лампы) или красный (неоновые лампы)
свет, другие светятся беловатым светом (ртутные), ясно отличным по оттенку от солнечного.
Спектральные исследования света подобных источников показывают, что в их спектре имеются
только отдельные более или менее узкие цветные участки.
В искусственных источниках света предназначенных для помещений используется в основном электроэнергия, но так же иногда применяется химическая энергия и другие способы генерации света.
Источники света, наиболее часто применяемые для искусственного освещения, делят на три основные группы: 1) газоразрядные лампы, 2) лампы накаливания и 3) светодиоды.
Стандартные лампы накаливания.
Принцип действия - вольфрамовая спираль, помещенная в колбу, из которой откачан воздух,
разогревается под действием электрического тока. За более чем 120-летнюю историю ламп
накаливания их было создано огромное множество - от миниатюрных ламп для карманного фонарика
до полукиловаттных прожекторных. Типичная для ЛН световая отдача 10-15 Лм/Вт выглядит очень
неубедительно на фоне рекордных достижений ламп других типов. ЛН в большей степени
нагреватели, чем осветители: львиная доля питающей нить накала электроэнергии превращается не
в свет, а в тепло. В связи с этим сплошной спектр лампы накаливания имеет максимум в
инфракрасной области и плавно спадает с уменьшением длины волны. Такой спектр определяет
теплый тон излучения (Тцв=2400-2700 К) при отличной цветопередаче (Ra=100).
Срок службы ЛН, как правило, не превышает 1000 часов, что, по временным меркам, очень немного.
Итак - по причине крайне низкой световой отдачи, для быстрой (в течение 10-15 минут) активации
фотолюминесцентных композиций подходит в самую последнюю очередь. Для наблюдения более-
менее приличной фотолюминесценции потребуется не менее 40 минут активации от двухрожковой
люстры с лампами накаливания в 100 Ватт каждая.
Галогеновые лампы накаливания.
Главным недостатком стандартной лампы накаливания является ее малая светоотдача и её короткий
срок службы. При наполнении ее галогенными соединениями (к группе галогенов относятся
неметаллические химические элементы фтор, хлор, бром, йод и астатин) можно избежать
образования сажи на внутренней стороне стеклянной колбы, так что лампа в течение всего срока
службы будет излучать постоянную световую энергию (люмен). Полезный эффект достигается за
счет того, что пары галогенов способны соединяться с испаряющимися частицами вольфрама, а
затем под действием высокой температуры распадаться, возвращая вольфрам на спираль.
Вылетающие с раскаленной спирали атомы вольфрама, таким образом, не долетают до стенок колбы
лампы (за счет чего и снижается почернение), а возвращаются обратно химическим путем. Это
явление получило название галогенного цикла .
За счет этого светоотдача и срок службы лампы значительно улучшаются. В то время, как
стандартная лампа накаливания достигает светоотдачи 10 лм/ватт, галогенная лампа накаливания
играючи достигает 25 лм/ватт. Кроме того, галогенные лампы накаливания имеют более компактную
конструкцию и пригодны для изящных и специальных светильников.
В специализированных магазинах сегодня имеются в продаже галогенные лампы накаливания для
работы с напряжением сети 220 вольт и лампы для низковольтного режима работы: на 6,12, 24
вольта. Для низковольтных галогенных ламп дополнительно требуется трансформатор.
Для декоративного акцентного освещения все больше используются галогенные отражающие лампы
мощностью 10-50 ватт, а также рефлекторные лампы с отражателями тлеющего свечения 20-75
ватт. При этих лампах 2/3 образующегося тепла отводится назад через отражатель, пропускающий
инфракрасные лучи, так что освещаемые этими лампами объекты не очень сильно нагреваются.
Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных галогенных ламп принято считать
период в 2000 часов. Как и у обычных ламп накаливания, механические воздействия на лампы в
процессе эксплуатации (в особенности, для линейных ламп с большой длиной спирали), а также
частые включения сокращают их срок службы.
Цветовая температура галогенных ламп, как и реальная температура их нити накала, выше, чем у
традиционных ламп накаливания и составляет 3000-3200 К. Этот параметр можно изменить при
помощи встроенных или внешних светофильтров, а также подбором толщины интерференционного
отражающего слоя в зеркальных лампах. Индекс цветопередачи Ra галогенных ламп, как и у всех
тепловых источников света, максимален и равен 100, причем за счет более высокой температуры
накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше
воспроизводит сине-зеленые цвета.
На сегодняшний день галогенные лампы остаются единственным сравнительно экономичным и при
этом недорогим видом источника света с "теплым" спектром. Этим объясняется их богатый
ассортимент, имеющий тенденцию к расширению. В первую очередь лампы данного вида находят
применение в бытовом и функционально-декоративном освещении.
Итак - лампы в целом сопоставимы по своим способностям к активации фотолюминофоров со
светодиодными лампами. Тем более, что светоотдача такая же.
Люминесцентные лампы.
Из всех типов ламп люминесцентные лампы имеют самую высокую светоотдачу. Так называемые
трёхленточные люминесцентные лампы при очень хорошей светопередаче достигают до 96 люменов/
ватт, т.е. почти в 10 раз больше, чем лампа накаливания. Поэтому люминесцентные лампы являются
хорошими источниками сбережения энергии, а значит и экономичными. Основная область
применения: промышленные зоны (мастерские, офисы, заводские цеха и т.д.)
В люминесцентных лампах свет производится с помощью ртути и нанесенного на внутренней
стороне колбы лампы люминесцентного слоя.
В качестве люминофоров служат инертные газы, например, неон, аргон или гелий. Возбуждаемые
электронами атомы ртути производят внутри колбы лампы невидимое для человека
ультрафиолетовое излучение, которое люминофоры преобразует в видимый свет, при этом
различные люминофоры имеют различные цвета света и свойства цветопередачи.
Светоотдача различных люминофоров также отличается друг от друга. Точно также как и компактные
люминесцентные лампы или энергосберегающие лампы, так и стандартные люминесцентные лампы
функционируют только с пускорегулирующим аппаратом. И в этом случае Вы должны приобретать
лампы только с электронным пускорегулирующим аппаратом.
Люминесцентные лампы рассчитаны на так называемую оптимальную окружающую температуру,
которая обычно совпадает с комнатной (18-25°С). При меньших или больших температурах
светоотдача лампы падает. Если окружающая температура ниже +5°С, зажигание лампы вообще не
гарантируется. С этой особенностью связаны ограничения, накладываемые на применение этих ламп
в наружном освещении.
Срок службы люминесцентных ламп определяется многими факторами и в основном зависит от
качества их изготовления. Физическое перегорание лампы происходит в момент разрушения
активного слоя либо обрыва одного из ее электродов. Наиболее интенсивное распыление электродов
наблюдается при зажигании лампы, поэтому полный срок службы сокращается при частых
включениях. Полезным сроком службы принято считать период, в течение которого лампа дает не
менее 70% от начального светового потока. Этот период может истекать задолго до перегорания
лампы как такового. Средний полезный срок службы современных люминесцентных ламп в
зависимости от модели составляет 8000-15000 ч.
Люминесцентные лампы охватывают практически весь диапазон цветовых температур от 2700 до
10000 К. Существуют также цветные лампы. Индекс цветопередачи Ra меняется от 60 для ламп со
стандартными люминофорами до 92...95 у ламп с очень хорошей цветопередачей. Улучшение
цветопередачи сопровождается некоторым снижением световой отдачи.
Эксплуатационными особенностями люминесцентных ламп являются мерцание светового потока с
частотой питающей сети и его спад в течение срока службы. Мерцание лампы незаметно глазу,
однако сказывается на утомляемости зрительной доли мозга. Подобное освещение непригодно для
напряженной зрительной работы (чтения, письма и т.п.) и может вызывать стробоскопический
эффект на вращающихся предметах. Электронные балласты полностью исключают эту проблему, так
Люминесцентный свет в настоящее время абсолютно доминирует на рынке внутреннего освещения
общественных зданий. Несмотря на стремительно развивающегося конкурента - светодиодные
системы - традиционные люминесцентные лампы будут удерживать свои позиции еще много лет. В
последнее время наблюдается также тенденция активного проникновения люминесцентного света в
бытовые и дизайнерские применения. Ранее этот процесс сдерживался в основном
несовершенством конструкции и не вполне удачной цветовой гаммой старого модельного ряда ламп.
Итак - наиболее оптимальный вариант для активации фотолюминесцентов. Для помещения в 30
кв.м. достаточно лампы мощностью 40 Ватт, чтобы наш фотолюминесцентный рисунок был
активирован в течение 10-15-ти минут (использование лампы 60 Ватт позволит фотолюминесценту
заряжаться в течение 5-ти минут)
Разрядные лампы высокого давления.
Принцип действия разрядных ламп высокого давления - свечение наполнителя в разрядной трубке
под действием дуговых электрических разрядов. Дуговые разрядные лампы намного старше ламп
накаливания, в прошлом году электрической дуге исполнилось 200 лет. Два основных разряда
высокого давления, применяемых в лампах - ртутный и натриевый. Оба дают достаточно
узкополосное излучение: ртутный - в голубой области спектра, натрий - в желтой, поэтому
цветопередача ртутных (Ra=40-60) и особенно натриевых ламп (Ra=20-40) оставляет желать
лучшего. Добавление внутрь разрядной трубки ртутной лампы галогенидов различных металлов
позволило создать новый класс источников света - металлогалогенные лампы (МГЛ), отличающиеся
очень широким спектром излучения и прекрасными параметрами: высокая световая отдача (до 100
Лм/Вт), хорошая и отличная цветопередача Ra=80-98, диапазон Тцв от 3000 К до 6000 К, средний
срок службы около 15 000 часов.
Один из немногих недостатков МГЛ - невысокая стабильность параметров в течение срока службы -
успешно преодолевается с изобретением ламп с керамической горелкой. МГЛ успешно и
разнообразно применяются в архитектурном, ландшафтном, техническом и спортивном освещении.
Еще более широко применяются натриевые лампы. На сегодняшний день это один самых
экономичных источников света (до 150 Лм/Вт).
Огромное количество натриевых ламп используется для освещения автомобильных дорог. В Москве
натриевые лампы часто из экономии используются для освещения пешеходных пространств, что не
всегда уместно из-за проблем с цветопередачей.
Итак - высокая световая отдача (до 100 Лм/Вт), хорошая и отличная цветопередача Ra=80-98,
диапазон цветовых температур от 3000 К до 6000 К (оптимальна 4200 К) делают эти лампы весьма
подходящими для быстрой зарядки фотолюминесцентов в архитектурном, ландшафтном,
техническом и спортивном освещении. .
Светодиодные лампы и ленты.
Полупроводниковые светоизлучающие приборы - светодиоды - называют источниками света
будущего. Если говорить о современном состоянии «твердотельной светотехники», можно
констатировать, что она выходит из периода младенчества. Достигнутые характеристики
светодиодов (для белых светодиодов световая отдача от 15-ти до 25 Лм/Вт при мощности прибора
до 5 Вт, Ra=80-85, срок службы 100 000 часов) уже обеспечили лидерство в светосигнальной
аппаратуре, автомобильной и авиационной технике. Светодиодные источники света стоят на пороге
вторжения на рынок общего освещения, и это вторжение нам предстоит пережить в ближайшие годы.
По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в
электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:
Высокий КПД. Современные светодиоды уступают по этому параметру только люминесцентной
лампе с холодным катодом.
Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие спирали и иных чувствительных
составляющих).
Длительный срок службы. Но и он не бесконечен - при длительной работе и/или плохом охлаждении
происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.
Специфический спектральный состав излучения. Спектр довольно узкий. Для нужд индикации и
передачи данных это - достоинство, но для освещения это недостаток. Более узкий спектр имеет
только лазер.
Малая инерционность. Малый угол излучения - также может быть как достоинством, так и
недостатком. Низкая стоимость. Безопасность - не требуются высокие
напряжения. Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие
температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
Итак - светоотдача у светодиодных ламп или лент составляет от 15-ти до 25 Лм/Вт, что только чуть-
чуть лучше, чем светоотдача у ламп накаливания (10-1 5 Лм/Вт ). Спектр излучения у светодиодов
белого цвета, как известно, крайне узок, что даже при хорошей совокупной мощности (15-20 Ватт)
будет увеличивать время выдержки, необходимое для активации фотолюминофоров..
По причине низкой световой отдачи, для быстрой (в течение 10-15 минут) активации
фотолюминесцентных композиций подходит условно.
Для наблюдения более- менее приличной фотолюминесценции в помещении 30 кв.м. нам
потребуется не менее 30-40 минут активации от двухрожковой люстры со светодиодными
лампами мощностью не менее 5 Вт каждая. Лучше использовать более мощные лампы.
В случае использования светодиодной ленты белого цвета, тождественным будет 30-40-минутное
использование не менее 2-х погонных метров ленты, каждый из которых имеет мощность 4,8 Ватт.
При использовании светодиодной ленты 5-ти или 10-ти метровой длины, наклееной "под потолком"
по контуру комнаты, результат станет пропорционально лучше.
Энергосберегающие ламы.
Энергосберегающие лампы состоят из колбы, наполненной порами ртути и аргоном, и
пускорегулирующего устройства (стартера). На внутреннюю поверхность колбы нанесено
специальное вещество, называемое люминофор. Люминофор, это такое вещество, при воздействии
на которое ультрафиолетовым излучением, начинает излучать видимый свет. Когда мы включаем
энергосберегающую лампочку, под действием электромагнитного излучения, поры ртути,
излучение, в свою очередь, проходя через люминофор, нанесенный на поверхность лампы,
преобразуется в видимый свет.
Люминофор может иметь различные оттенки, и как результат, может создавать разные цвета
светового потока. Конструкции существующих энергосберегающих ламп делают под существующие
стандартные размеры традиционных ламп накаливания. Диаметр цоколя у таких ламп составляет 14
или 27 мм. Благодаря чему вы можете использовать энергосберегающие лампы в любом
светильнике, бра или люстре, для которых вы раньше применяли лампу накаливания.
а) Преимущества энергосберегающих ламп
Коэффициент полезного действия у энергосберегающей лампы очень
высокий и световая отдача примерно в 5 раз больше чем у традиционной лампочки накаливания.
Например, энергосберегающая лампочка мощностью 20 Вт создает световой поток равный
световому потоку обычной лампы накаливания 100 Вт. Благодаря такому соотношению
энергосберегающие лампы позволяют экономить экономию на 80% при этом без потерь
освещенности комнаты привычного для вас. Причем, в процессе долгой эксплуатации от обычной
лампочки накаливания световой поток со временем уменьшается из-за выгорания вольфрамовой
нити накаливания, и она хуже освещает комнату, а у энергосберегающих ламп такого недостатка нет.
Долгий срок службы. По сравнению с лампами накаливания, настоящие (фирменные)
энергосберегающие лампы служат в несколько раз дольше. Обычные лампочки накаливания выходят
из строя по причине перегорания вольфрамовой нити. Энергосберегающие лампы, имея другую
конструкцию и принципиально иной принцип работы, служат гораздо дольше ламп накаливания в
среднем 5-15 раз.
Это примерно от 5 до 12 тысяч часов работы лампы (обычно ресурс работы лампы определяется
производителем и указывается на упаковке).
Низкая теплоотдача. Благодаря высокому коэффициенту полезного действия у энергосберегающих
ламп, вся затраченная электроэнергия преобразуется в световой поток, при
этом энергосберегающие лампы выделяют очень мало тепла.
Большая светоотдача. В обычной лампе накаливания свет идет только от вольфрамовой спирали.
Энергосберегающая лампа светится по всей своей площади. Благодаря чему свет от
энергосберегающей лампы получается мягкий и равномерный, более приятен для глаз и лучше
распространяется по помещению.
Выбор желаемого цвета. Благодаря различным оттенкам люминофора покрывающего корпус
лампочки, энергосберегающие лампы имеют различные цвета светового потока, это может быть
мягкий белый свет, холодный белый, дневной свет, и т.д.;
б) Недостатки энергосберегающих ламп
Единственным и значительным недостатком энергосберегающих ламп по сравнению с
традиционными лампами накаливания является их высокая цена.
в) Мощность
Энергосберегающие лампы изготавливают с различной мощностью. Диапазон мощностей
варьируется от 3 до 90 Вт. Следует учитывать, что коэффициент полезного действия у
энергосберегающей лампы очень высокий и световая отдача примерно в 5 раз больше чем у
традиционной лампочки накаливания. Поэтому при выборе энергосберегающей лампы, надо
придерживаться правила - делить мощность обычной лампы накаливания на пять. Если вы в своей
люстре или светильнике применяли обычную лампочку накаливания мощностью 100 Вт, вам будет
дос таточно приобрести энергосберегающую лампочку мощностью 20 Вт.
г) Цвет света
Энергосберегающие лампы способны светить разным цветом. Данная характеристика определяется
цветовой температурой энергосберегающей лампы.
·2700 К - теплы белый свет.
·4200 К - дневной свет.
·6400 К - холодный белый свет.
д) По поводу ультрафиолетовой составляющей энергосберегающих ламп.
Свечение люминофора, которым покрыта трубка лампы, происходит в ультрафиолетовом свете,
люминофор просто увеличивает светоотдачу и исправляет спектр свечения (невидимое УФ
излучение преобразует в видимое).
Но ультрафиолетовое излучение не проходит через обычное силикатное стекло (из которого и
сделаны трубки ламп). Оно проходит только через кварцевое. Поэтому, даже с учетом того, что
трубки сделаны из очень тонкого стекла, говорить о данных лампах, как об источнике интенсивного УФ
излучения некорректно.
Тем более, если лампы установлены в светильники со стеклянными плафонами, УФ излучение не
может проходить через них вообще.
Итак - светоотдача сопоставимая с люминесцентными лампами "дневного света". Спектр
соответствующий цветовой температуре 4200К является наилучшим. Понижение цветовой
температуры или её повышение сдвигают спектр (хоть так - хоть так) в менее эффективную для
зарядки фотолюминофора область.
Для помещения 30 кв.м. оптимальная мощность для активации фотолюминофора в течение 10-15
минут составляет 26-27 Ватт.
Ультрафиолетовые лампы и светодиодные ленты.
В начале XIX в. было обнаружено, что н же (по длине волны) фиолетовой части спектра
видимого света находится невидимый ультрафиолетовый участок спектра .
Длины волн ультрафиолетового излучения заключены в пределах от 4·10-7 до 6·10-9 м. Наиболее
характерным свойством этого излучения является его химическое и биологическое действие.
Ультрафиолетовое излучение вызывает явление фотоэффекта, свечение ряда веществ
(флуоресценцию и фосфоресценцию). Оно убивает болезнетворные микробы, вызывает появление
загара и т.д. Но это не всё!
Уникальность ультрафиолетовой подсветки заключается в том что и без того яркие при
дневном свете флуоресцентные краски, или изделия в которые
были добавлены флуоресцентные пигменты, под такой лентой будут светиться в темноте! Это может
быть что угодно: одежда, детали интерьера, белый потолок и другое…
В то же время, наилучшим излучением для активации фотолюминесцентных пигментов является
диапазон 220-440 нм, с пиком на длине волны 356 нм.
Именно поэтому любой рисунок сделаный фотолюминесцентными красками (вне зависимости от
длительности свечения фотолюминофора на базе которого они сделаны) в ультрафиолетовом
излучении будет находиться в состоянии постоянной подзарядки, а процессы затухания яркости
свечения наблюдаться не будут.
Современная ультрафиолетовая лампа работает по тому же принципу, что и
обычная люминесцентная лампа: ультрафиолетовое излучение образуется в колбе вследствие
взаимодействия паров ртути и электромагнитных разрядов. Газоразрядная трубка изготавливается
из специального кварцевого или увиолевого стекол , имеющих способность пропускать УФ-лучи .
Увиолевое стекло является более "прогрессивным" решением, именно оно дает возможность снизить
образование озона, который в б ольших концентрациях может быть вреден для человека.
В России для интерьерной подсветки фотолюминесцентной или флуоресцентной росписи наилучшим
увиолевого стекла и лампы компании «Camelion™» .
По мощности эти лампы варьируются от 6 Ватт (малые мебельные светильники или карманные
детекторы банкнот) и до 400 Ватт (сценические прожекторы).
По мощности на эти лампы распространяется то же правило, что и для люминесцентных ламп (ламп
дневного света).
По форме бывают стандартной грушевидной (как лампы накаливания), могут быть внешне как
энергосберегающие лампы, или как мебельные и настенные люминесцентные светильники
(размером от 33 см в длину, до 120 см - стандартный типоразмер большой люминесцентной лампы).
Наиболее популярен комнатный вариант лампы мощностью 26 Ватт под стандартный цоколь Е27
(форма лампы соответствует энергосберегающим лампам).
К минусам относят постепенное снижение интенсивности свечения лампы (одной лампы хватает не
более чем на три-четыре месяца активной эксплуатации), наличие стеклянной колбы (бьется, в
результате чего лампа выходит из строя), но главное - это невозможность использовать эти лампы
на улице в условиях высокой влажности (светильники не герметичны) и в условиях пониженых
температур (они просто не зажгутся). К тому же запитываются они ттолько от 220 Вольт.
Итак, для активации фотолюминофора в помещении 30 кв.м. в течение 5 минут, нам будет
достаточно лампы 26 Ватт (цоколь Е27).
Помните люминесцентные ультрафиолетовые лампы в клубах? А как часто такие лампы
бились!?
Ультрафиолетовую светодиодную ленту невозможно разбить!
Ультрафиолетовые светодиодные ленты предназначены специально для подсветки деталей
интерьера, клубов, баров и барных стоек, а также для подсветки кинотеатров!
Малые размеры светодиодной ленты позволяют встраивать её в любую доступную нишу, например -
алюминиевый порожек мебельного гарнитура или торец стекла!
Лента самоклеящаяся, прекрасно переносит перепады температур от -30 С до +50 С. а в
силиконовом исполнении может использоваться на улице в любую погоду.
Допускается даже наматывать её на деревья и кустарники, прилегающие к фасадам зданий, для
подсветки флуоресцентной наружной рекламы.
В отличие от УФ-ламп, запитка УФ-ленты возможно от любого источника 12 Вольт, даже
автомобильного аккумулятора.
При необходимости её можно нарезать на отрезки от 5 см до 0,3 или 0,5 метра и разместить их так
как необходимо в интерьере или на улице.
Итак - в случае использования ультрафиолетовой светодиодной ленты, 2-х погонных метров ленты
(каждый из которых имеет мощность 4,8 Ватт) будет достаточно для активации фотолюминофора в
течение 5 минут.
Оптические характеристики
· Общая яркость ленты: 300 lumen
· Тип светодиода: 3528 SMD светоотдача 5 lumen мощность 0.08 ватт
· Угол света: 120 градусов
Конструкция ленты
· Лента состоит из 60 SMD светодиодов.
· Кратность резки 5 см (3 светодиода)
· Лента выполнена на самоклеящейся основе "3M" и не требует дополнительного крепежа
· Световой поток для катушки
В 5 погонных метров: ширина 8 м, высота 3 м глубина не менее 4 м
Потребляемый ток
· Мощность: 4,8 W
· Питание: 12V DC
· Рабочий ток: 0,4 А
