 |
О природных источниках света и нормах освещённости
|
|
|
|
Таблица 1
Освещённость поверхности Земли от природных источников света
| Источник | Освещённость, лк |
| Солнечный свет летом | |
| Солнечный свет зимой | |
| Облачное небо летом | 5000 – 20000 |
| Облачное небо зимой | 1000 – 2000 |
| Полная луна ночью | 0,2 |
| Безоблачное ночное небо (без луны) | 0,0003 |
Таблица 2
Нормальная освещенность (в люксах)
| Объект | Требования к освещению | ||
| Низкие | Средние | Высокие | |
| Жилые помещения, общее освещение |
Таблица 3
Нормальная освещенность (в люксах)
| Объект | Вид работ | |||
| Грубая | Средняя | Тонкая | Очень тонкая | |
| Производственные помещения, школы | ||||
| Только общее освещение | ||||
| Общее освещение и местное освещение |
Таблица 4
Нормальная освещённость (в люксах)
| Объект | Интенсивность движения | |||
| Низкая | Средняя | Высокая | Очень высокая | |
| Переходы и лестницы | – | – | ||
| Улицы и площади | ||||
| Заводские дворы | – | – |
Источники излучения
В качестве источников света в осветительных установках чаще всего применяют электрические лампы накаливания и газоразрядные лампы. Основными характеристиками источников света являются: номинальное напряжение в вольтах; номинальная мощность в ваттах; световой поток в люменах; световая отдача в люменах на 1 ватт; средний срок службы в часах. Световая отдача на 1 ватт характеризует экономичность источника света и определяется отношением излучаемого лампой светового потока F к мощности лампы Р.
Многочисленные источники излучения можно классифицировать по функциональному назначению: осветительные и светосигнальные; по способу распределения светового потока: прожекторы, проекторы, светильники; по условиям эксплуатации: для использования внутри помещений, наружного использования, использования в специальных средах (например, под водой) и т.д.
|
|
|
Лампы накаливания
В настоящее время для точных световых измерений используется два типа источников: абсолютно черное тело, излучение которого в определенных условиях является основным световым эталоном, и вольфрамовые лампы накаливания. Эти источники принадлежат к категории тепловых излучателей, светящихся из-за своей высокой температуры.
Лампы накаливания – источники света, основанные на принципе теплового излучения. Они имеют вольфрамовую нить, обычно спиральную или биспиральную, помещённую в вакуум или инертный газ и накаливаемую током до температуры примерно 2500 К – 3000 К. В спектре излучений ламп накаливания преобладают желто-красные лучи. Такой свет человеком воспринимается как тёплый, но он несколько искажает цвет освещаемых предметов. В осветительных установках наибольшее распространение имеют лампы накаливания, работающие при номинальном напряжении 127 В и 220 В. Для местного и ремонтного освещений применяют лампы с номинальным напряжением 12 В и 36 В.
Изменения напряжения в сети заметно влияют на световую отдачу, световой поток и срок службы ламп накаливания. Кроме того, снижение напряжения по сравнению с номинальным приводит к изменению спектра излучения и искажению цвета освещаемых предметов. Поэтому для нормальной эксплуатации ламп накаливания важно иметь постоянное напряжение в сети, близкое к номинальному.
Лампы накаливания обладают довольно низкой световой отдачей (не более 19,6 лм/Вт, так, например, при мощности ламп 100 Вт световой поток равен 1450 лм, при 1500 Вт – 29000 лм) и ограниченным сроком службы – в среднем 1000 ч. Световой к.п.д. ламп накаливания (доля потребляемой энергии, превращающаяся в видимый свет) не превышает 3 – 3,5 %.
|
|
|
Однако, лампы накаливания, несмотря на их неэкономичность и значительную чувствительность к колебаниям напряжения в сети, имеют широкое распространение ввиду простоты их конструкции и удобства в эксплуатации: непосредственно включаются в сеть без дополнительных аппаратов, мгновенно зажигаются при включении независимо от температуры окружающей среды; могут работать при питании от источников переменного и постоянного тока; имеют небольшие размеры.
Промышленность выпускает разнообразнейшие лампы накаливания, отличающиеся номинальными значениями напряжения, мощности, светового потока, размерами, формой колбы, типом цоколя, назначением и т. д.
Газоразрядные лампы
Газоразрядные лампы в отличие от ламп накаливания относятся кнетепловым источникам света. В них используется излучение (световое или ультрафиолетовое) при электрическом разряде в газах, парах металла или их смеси. К разрядным источникам света относятся люминесцентные лампы низкого давления, дуговые ртутные лампы высокого давления, натриевые лампы высокого давления, дуговые ксеноновые лампы и пр.
Разрядные ртутные лампы низкого давления принято называть люминесцентными.В люминесцентной лампе свет излучается главным образом слоем люминофора, возбуждаемого ультрафиолетовым излучением электрического разряда.
Лампа представляет собой запаянную стеклянную трубку, изнутри покрытую слоем люминофора. В цоколи в обоих торцах трубки впаяны вольфрамовые биспиральные электроды. Длина и диаметр трубки определяются мощностью лампы и напряжением, на которое она рассчитана. В трубку, из которой предварительно удален воздух, введены пары ртути с добавлением аргона. Люминесцентные лампы предназначены для работы в сетях переменного тока напряжением 127 В и 220 В. При таком напряжении ионизация газа под действием электрического поля незначительна. Слабо ионизированная газовая среда является хорошим изолятором, и ток между холодными электродами лампы, к которым приложено напряжение сети, практически отсутствует. Лампа без дополнительных приспособлений не может быть зажжена. Необходимая для создания электрического разряда ионизация газа и паров ртути в лампе достигается за счет предварительного накала электродов (термоэлектронная эмиссия) или за счет приложения к электродам повышенного до 500 В – 600 В напряжения (автоэлектронная эмиссия).
|
|
|
Электрический разряд в среде разреженного газа и паров ртути сопровождается сильным ультрафиолетовым излучением. Люминофор, покрывающий стенки трубки, под действием ультрафиолетовых лучей испускает интенсивный видимый свет. После загорания лампа работает в режиме непрерывного дугового разряда.
Схема включения люминесцентной лампы наряду с ее сравнительной простотой и экономичностью имеет и некоторые недостатки: невозможность мгновенного зажигания, мигание лампы при зажигании, пульсации свечения при свечении лампы с частотой, вдвое превышающей частоту питания сети, зависимость параметров свечения от температуры окружающей среды. Эти недостатки уменьшены в конструкциях некоторых ламп: используются схемы мгновенного зажигания, освещение помещения несколькими лампами, использование антистробоскопических схем при работе сразу нескольких ламп, создание оптимального температурного режима в помещении (для уличного освещения люминесцентные лампы приходится помещать в специальные прозрачные колпаки, в которых создаются необходимые температурные условия, и применять также специальные схемы зажигания).
Основные достоинства люминесцентного освещения: дают спектр, близкий к солнечному, экономичны, имеют более высокую светоотдачу, имеют большой срок службы, возможность создания освещения с разнообразными цветовыми оттенками.
Светодиоды
История создания светодиодов напрямую связана с исследованием явления люминесценции. В истории отечественной науки о люминесцентном свечении впервые было заявлено в работах О.Лосева, наблюдавшего свечение карбида кремния (SiC) при пропускании через кристаллы постоянных токов ещё в 20-х годах прошлого века. Эффектом Лосева называют прямое преобразование энергии электрической в световую.
|
|
|
После становления теории полупроводников и развития промышленных применений полупроводниковых технологий источники света, работа которых основана на данном эффекте (светодиоды), также появились на рынке. Долгое время светодиоды использовались только как низковольтные индикаторы, что было связано в первую очередь с несовершенством технологий синтеза новых полупроводниковых материалов, а также необходимости оптимизации конструкции самого устройства.
Сегодня светодиоды по праву относят к наиболее перспективным источникам света и по экономическим, и по экологическим, и по эксплуатационным характеристикам. Светодиоды и устройства, использующие в своей конструкции светодиод, могут излучать свечение в любом диапазоне длин волн, имеют хорошую цветопередачу, высокие яркости, сравнимые с яркостями других источников света, устойчивы к воздействиям окружающей среды.
Современные светофоры и семафоры изготовлены из светодиодов соответствующих цветов свечения. Это позволяет чётко воспринимать цвета даже при ярком солнце, увеличивает сохранность прибора, обеспечивая и экономическую выгодность их использования.
Приёмники излучения
Приемники излучений принято делить на нейтральные и селективные. Среди нейтральных приемников выделяют:
1. Термоэлементы
2. Болометры
В термоэлементах используется явление, состоящее в том, что при нагреве одного из двух спаев двух разнородных металлических проводников, составляющих замкнутый контур, в этом контуре появляется электродвижущая сила (термо-э.д.с.) и возникает электрический ток.
Болометром называется прибор, предназначенный для измерения потока излучения, поглощение которого изменяет сопротивление его нейтрального приемника.
Из физических явлений, используемых в основных типах селективных приемников, следует отметить:
1. Внешний фотоэффект (вакуумные фотоэлементы).
2. Фотоэффект с запирающим слоем (кремниевые, селеновые фотоэлементы).
3. Внутренний фотоэффект (фоторезистор). Чаще всего их применяют в экспонометрах для фотоаппаратов. Для их работы необходим источник питания, что ограничивает область их применения.
Люксметр
Для измерения освещённости используются люксметры. Люксметр представляет собой микроамперметр и подключенный к нему фотоэлемент (как правило, селеновый), собранные в едином корпусе. Шкала прибора проградуирована в единицах измерения освещённости и предоставляет возможность измерений в разных диапазонах освещённостей. Для согласования спектральной чувствительности фотоэлемента с кривой видности глаза используются встроенные фильтры. Для создания равномерности освещённости активной поверхности прибора свет от исследуемого объекта проходит через матовое (молочное) рассеивающее свет стекло.
|
|
|
На рис. 1 приведены фото люксметров СА813 и ТКА-Люкс.
 |
Измерение освещённости с помощью люксметра
Для контроля и измерения освещенности в лабораторной работе применяется фотоэлектрический люксметр. Он состоит из селенового фотоэлемента и чувствительного гальванометра, шкала которого градуирована непосредственно в люксах.
 |
Электрическая схема прибора приведена на рис. 2 на котором обозначены: 1 – фотоэлемент; 2 – переменное сопротивление, позволяющее переключать диапазоны измерений; 3 – амперметр (сила тока в цепи пропорциональна интенсивности светового потока).
Порядок выполнения работы
|
|
|
