Светотехнические параметры и понятия. Часть 1. Справочная информация

Профессиональные светотехники и специалисты, работающие в области освещения, постоянно употребляют разные термины и определения, которые мало о чем говорят простому обывателю, но нужны для правильного описания цветового фона.

Чтобы было проще понимать, о чем идет речь, и что обозначают эти слова, мы подготовили список, объясняющий основные светотехнические термины и характеристики. Его не нужно учить наизусть, можно просто заходить на нужную страницу и освежать в памяти забытый параметр. Говорить «на одном языке» всегда проще.

Светотехнические параметры и понятия.

1 — Видимое и оптическое излучение

Весь окружающий нас мир образуется видимым и оптическим излучением, сосредоточенным в полосе электромагнитных волн от 380 до 760 нм. К ней с одной стороны добавляется ультрафиолетовое излучение (УФ), а с другой инфракрасное (ИК).

УФ-лучи оказывают биологическое воздействия и применяются для уничтожения бактерий. Дозировано они используются для лечебного и оздоровительного эффектов.

ИК-лучи используются для нагрева и сушки в установках, так как в основном производят тепловое воздействие.

2 — Световой поток (Ф)

Световой поток характеризует мощность видимого излучения по воздействию на человеческое зрение. Измеряется в люменах (лм). Величина не зависит от направления. Световой поток — это самая важная характеристика источников света.

Например, лампа накаливания Е27 75 Вт имеет световой поток 935 лм, галогенная G9 на 75 Вт — 1100 лм, люминесцентная Т5 на 35 Вт — 3300 лм, металлогалогенная G12 на 70 Вт (теплая) — 5300 лм, светодиодная Е27 9,5 Вт (теплая) — 800 лм.

3 — Люмен

Люмен (лм) — это световой поток от источника света (лампы) при окружающей температуре 25°, измеренной при эталонных условиях.

 

4 — Освещенность (Е)

Освещенность — это отношение светового потока, подающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Е=Ф/А, где, А -площадь. Единица освещенности — люкс (лк).

Чаще всего нормируется горизонтальная освещенность (на горизонтальной плоскости).

Средние диапазоны освещенности: на улице при искусственном освещении от 0 до 20 лк, в помещении от 20 до 5000 лк, 0,2 лк в полнолуние в природных условиях, 5000 -10000 лк днем при облачности и до 100 000 лк в ясный день.

На картинке представлены: а — средняя освещенность на площади А, б — общая формула для расчета освещенности.

5 — Сила света (I)

Сила света — это пространственная плотность светового потока, ограниченного телесным углом. Т. е. отношение светового потока, исходящего от источника света и распространяющегося внутри малого телесного угла, содержащего рассматриваемое направление.

I=Ф/ω Единица измерения силы света — кандела (кд).

Средняя сила света лампы накаливания в 100 Вт составляет около 100 кд.

КСС (кривая силы света) — распределение силы света в пространстве, это одна из важнейших характеристик светотехнических приборов, необходимая для расчета освещения.

 

6 — Яркость (L)

Яркость (плотность света) — это отношение светового потока, переносимого в элементарном пучке лучей и распространяющемся в телесном угле, к площади сечения данного пучка.

L=I/A (L=I/Cosα) Единица измерения яркости — кд/м2.

Яркость связана с уровнем зрительного ощущения; распространение яркости в поле зрения (в помещении/интерьере) характеризует качество (зрительный комфорт) освещения.

В полной темноте человек реагирует на яркость в одну миллионную долю кд/м2.

Полностью светящийся потолок яркостью боле 500 кд/м2 вызывает у человека дискомфорт.

Яркость солнца примерно миллиард кд/м2, а люминесцентной лампы 5000–11000 кд/м2.

7 — Световая отдача (H)

Световая отдача источника света — это отношение светового потока лампы к ее мощности.

Η=Ф/Р Единица измерения светоотдачи — лм/Вт.

Это характеристика энергоэкономичности источника света. Лампы с высокой световой отдачей обеспечивают экономию электроэнергии. Заменяя лампу накаливания со светоотдачей 7–22 лм/Вт на люминесцентные (50–90 лм/Вт), расход электроэнергии уменьшится в 5–6 раз, а уровень освещенности останется тот же.

 

8 — Цветовая температура (Тц)

Цветовая температура определяет цветность источников света и цветовую тональность освещаемого пространства. При изменении температуры источника света, тональность излучаемого света меняется от красного к синему. Цветовая температура равна температуре нагретого тела (излучатель Планка, черное тело), одинакового по цвету с заданным источником света.

Единица измерения Кельвин (К) по шкале Кельвина: Т — (градусы Цельсия + 273) К.

 

Пламя свечи — 1900 К

Лампа накаливания — 2500–3000 К

Люминесцентные лампы — 2700 — 6500 К

Солнце — 5000–6000 К

Облачное небо — 6000–7000 К

Ясный день — 10 000 — 20 000 К.

9 — Индекс цветопередачи (Ra или CRI)

Индекс цветопередачи характеризует степень воспроизведения цветов различных материалов при их освещении источником света (лампой) при сравнении с эталонным источником.

Максимальное значение индекса цветопередачи Ra =100.

 

Показатели цветопередачи:

Ra = 90 и более — очень хорошая (степень цветопередачи 1А)

Ra = 80–89 — очень хорошая (степень цветопередачи 1В)

Ra = 70–79 — хорошая (степень цветопередачи 2А)

Ra = 60–69 — удовлетворительная (степень цветопередачи 2В)

Ra = 40–59 — достаточная (степень цветопередачи 3)

Ra = менее 39 — низкая (степень цветопередачи 3)

 

Ra он же CRI — color rendering index был разработан для сравнения источников света непрерывного спектра, индекс цветопередачи которых был выше 90, поскольку ниже 90 можно иметь два источника света с одинаковым индексом цветопередачи, но с сильно различающейся передачей цвета.

Комфортное для глаза человека значение CRI = 80–100 Ra

Источники света

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.).

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.

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;

·         световой поток Ф, лм;

·         световая отдача (отношение светового потока лампы к ее мощности) лм/Вт;

·         срок службы t, ч;

·         Цветовая температура Tc, К.

Лампы накаливания

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.

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».

Несмотря на эти ограничения, такие приборы все еще остаются классическим и излюбленным источникам света.

Галогенные лампы накаливания

 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).

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.

 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.

Люминесцентные лампы

 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.

Разрядные лампы высокого давления

 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.

Светодиоды

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.

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.

 

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.

Технические характеристики света ★ VAMVIDNEE

В предыдущей статье мы рассмотрели технический свет. На очереди технические характеристики света. Тем более сейчас такое большое разнообразие сочетаний этих характеристик, что легко растеряться. Это вам не выбрать между лампочкой в 40 Ватт и в 60, как было в прошлом веке.

Обычно и сейчас мы выбираем светильники и лампочки по мощности. Можно назвать это основной характеристикой света. Во времена ламп накаливания больше и выбирать ничего не надо было. И сейчас думая о светильниках мы выбираем те, которые дадут нам комфортное количество света.

В идеале необходимый уровень мощности светильников рассчитывают специалисты, ведь надо учитывать много данных: темные ли стены, какие еще источники света есть или будут в помещении, какого типа лампы будут использоваться, какие углы распространения света, что именно надо выделить. Но чтобы вы понимали, о чем говорят специалисты и хоть немного разбираться в том, что написано в каталоге, мы проведем небольшой “ликбез”.

Почему же стало сложнее выбирать освещение в целом и лампочки в частности? 

В наше время используются несколько типов ламп (лампы накаливания, галогеновые, люминисцентные, светодиодные), и есть светильники с уже встроенными лампами. С самого начала и цоколь (компонент электрических ламп, обеспечивающий электрический контакт в месте крепления лампы и возможность безопасной замены) был один – E27, как он сейчас обозначается. Потом появился E14 (“миньон” по-старинке). Со временем типов цоколей стало еще больше. Чтобы разбираться во всем многообразии представляем сводную таблицу на основе лампочек Paulmann.

Среди знающих людей всё больше поклонников приобретают светодиодные источники освещения. Они экономичнее галогеновых и тем более ламп накаливания, так как при меньшей потребляемой мощности выдают больше света.  Ими заменяют и обычные лампы в стандартных подвесных или потолочных светильниках или бра, торшерах. Если производитель указал максимальную мощность лампочки в 40Вт, то можно поставить светодиодную на 20Вт, а светить она будет примерно, как лампа накаливания 100Вт. Конечно же и в технических светильниках используются чаще светодиоды.

К достоинствам их можно отнести и длительный срок службы, слабый нагрев лампы, что позволяет их использовать в бумажных светильниках и не бояться, что дети обожгутся.

В отличие от люминесцентных ламп, содержащих ртуть и требующих специального обращения и утилизации, светодиоды не содержат ртути и являются безопасными для окружающей среды.

Недостаток же в основном один – несколько более высокая стоимость таких ламп по сравнению с традиционными лампами. Но это компенсируется длительностью работы без замены. При этом можно выбрать разную цветовую температуру. Иногда даже в одном приборе можно регулировать температуру света. Еще немного о недостатках в конце статьи.

У тех, кто раньше не сталкивался со светодиодами, возникает непонимание, как выбирать лампочку по потребляемой мощности. В случаях с лампами накаливания все знают, как светит лампа в 40Вт и в 100Вт. Но светодиодные потребляют меньше энергии, и поэтому указанное на коробке количество Ватт(W) меньше, чем у ламп накаливание при том же уровне освещенности. Что вводит в заблуждение неподготовленного покупателя. Такая характеристика, как световой поток – едина для разных видов ламп и измеряется в люменах (lm).

Говоря простыми словами, световой поток – это количество света, которое дает светильник. Стоит уточнить, что световой поток светодиодов по отдельности может существенно отличаться от светового потока светильников в сборе.

Таблица покажет взаимосвязь светового потока от мощности на примере галогеновых и ламп накаливания Paulmann. У разных производителей эти данные могут отличаться, но для общего понимания можно пользоваться ей.

Есть еще одна важная характеристика, о которой мало задумываются. Это индекс цветопередачи (Ra или CRI). Данный параметр источника определяется его способностью максимально точно передавать цвета освещаемого объекта. Чем выше CRI, тем ближе к «истинным» цветам предметы в этом свете. Лучшего результата вы добьетесь, используя лампы с индексом цветопередачи от 80 Ra и выше.

Особенно это важно для салонов красоты, магазинов с одеждой, чтобы человек выглядел красивее с правильным цветом лица. Этот параметр так же важен на кухне  – отличный CRI обеспечит еде наиболее естественный (и, вероятно, более аппетитный) цвет.

С низким Ra(CRI) лампы можно помещать в подвалах, технических помещениях, где правильная цветопередача не очень важна. Зачем они вообще нужны – с низким индексом?  В светодиодных светильниках действует закон: чем выше индекс, тем меньше световой поток. Поэтому если цветопередача не сильно важна, можно получить более светлую лампу за меньшие деньги.

Эталонами служат лампы накаливания и галогеновые лампы. Их можно брать без опасений. Но как уже упоминалось, светодиодные энергоэффективнее и сейчас используются чаще. При их покупке нужно обязательно обращать внимание на индекс цветопередачи.

Что же такое температура света? Учёные давно установили, что каждый цвет имеет свою «температуру», которая измеряется в Кельвинах (К).  При освещении одного и того же предмета светодиодными лампами с различной цветовой температурой, этот предмет будет иметь разные оттенки.

Этот параметр указывают на упаковках ламп. Важно помнить, что чем больше температура, тем «холоднее» свет испускаемый источником. Это видно в приведенной ниже таблице.

Для определённых зон в доме или квартире, а также под конкретные ситуации (для гостиной — приём гостей, романтический ужин и т. д.) подбирают источники света с соответствующей цветовой температурой.

В жилых помещениях цветовая температура обычно начинается около 2700K для теплых ламп накаливания и достигает 3500K, что близко к люминесцентному освещению (для сравнения, свеча чуть меньше 2000K).
Цветовые температуры более 3500K обычно оставляют для коммерческих помещений (4000K), больниц (5000K и выше – очень яркий белый) или других вспомогательных помещений, где требуется сверхъяркий свет (прямой солнечный свет – 4700K, поэтому представьте, насколько яркой показалась бы лампочка 3700K). Чтобы превратить ночь в день, используют прожекторы с цветовой температурой от 6000 до 7000 Кельвинов.

• 

Еще одна характеристика, важная именно в техническом свете – это угол падения света.

Иначе еще называют “угол рассеивания”. Эта величина может относиться как к источнику в целом, так и конкретно к светодиодной лампе.

В светодиодной лампе содержится некоторое количество кристаллов, их можно располагать по-разному, создавая как узконаправленный поток света, так и рассеянный. Угол светового пучка светодиодной лампы так же зависит от ее формы.

Подбирают угол распространения света в зависимости от расположения и назначения светильника.

Так как мы говорим о техническом свете, то для встроенных светильников подходят неширокие пучки — угол 40-60°, но лучше не больше 50°.

Если использовать технический свет для подсветки картин, предметов интерьера, угол можно взять больше – 50-60°. Для декоративной подсветки с узконаправленными пучками света подойдут модели с углом рассеивания 30-40°. Для уличного освещения — подсветки дорожек, декоративной подсветки — подходят источники света с широким углом рассеивания — от 180°.

Конечно, про потолочные люстры тоже стоит упомянуть. В них можно устанавливать светодиодные лампочки с шириной светового потока 60-90°. С матовыми плафонами не страшен и более рассеянный свет. Для настольных ламп лучше все же угол 50-60°.

Для обеспечения нормальной равномерной освещенности (то есть, без каких-либо теневых секторов) световые конусы от отдельных излучателей должны пересекаться приблизительно на уровне 75-80 см от поверхности (например, для гостиных – от пола, для кухонь – от разделочного стола). Также по общим (рекомендованным специалистами) стандартам на освещаемой поверхности световые окружности должны перекрывать друг друга приблизительно на ⅓ диаметра.  Например в гостиной 3 х 4,5 м (со стандартной высотой потолка 2,6 м), встроенные источники с углом излучения 40° должны устанавливаться на расстоянии 1,5 метра друг от друга.

Из этого следует, что чем ниже потолок, тем больший угол распространения света надо использовать. В противном случае либо поверхность будет освещена неравномерно (отдельными световыми кругами), либо придется значительно сократить расстояние между источниками, что в свою очередь приведет к увеличению их количества.

Отдельный интерес представляет правильно освещение на кухне. Часто делают ошибку, размещая потолочные светильники за спиной готовящего человека.

Если задаете себе вопрос, какой светильник выбрать в ванну или установить на улице, то стоит обратить внимание еще на одни загадочные буквы на коробке с лампочкой или светильником – IP. Этот параметр показывает степень водозащиты источника. По полезным картинкам от Paulmann легко определить, какой IP куда лучше подойдет.

• 
• 

При всех плюсах у светодиодных источников света есть и слабые места: пульсация и диммируемость.

Не все светодиодные светильники и лампочки диммируются, и те что, диммируются стоят дороже. На это надо обращать внимание, если важна способность управлять мощностью света с помощью диммера.

Опасность же для здоровья может представлять пульсация ламп. Она есть у всех ламп, но лучше, если она меньше 5%. Больше 30% считается вредной для здоровья. И если вам оно дорого, ищите на упаковке информацию о пульсации. Если есть слова “без пульсации”, скорей всего пульсация у таких ламп меньше 5%. Если нет такой информации вообще, вероятно пульсация больше нормы, или надо тестировать лампочку. В интернете можно найти способы сделать это без пульсометра – с помощью обычной пишущей ручки или смартфона. Но если есть возможность, лучше не рисковать и покупать лампочки подороже известных производителей.

• 
• 

Изображения взяты на просторах интернета, некоторые данные – Википедия.

7. Источники света и их характеристики с точки зрения способности активации светящейся краски.

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 1м²
• Яркость L. Единица измерения: кандела на квадратный метр [кд/м²]. 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/м2]	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

что на сегодняшний день их можно рекомендовать для большинства применений.

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 (10-15 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,

содержащиеся в лампе, начинают создавать ультрафиолетовое излучение, а ультрафиолетовое

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

достаточно 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 больших концентрациях может быть вреден для человека.

В России для интерьерной подсветки фотолюминесцентной или флуоресцентной росписи наилучшим

образом себя зарекомендовали ультрафиолетовые лампы компании «Philips™» с колбой из

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

 Скачать инструкцию IAMLED UV 60

Спектральные характеристики света

Уторова Лилия

Старший инженер-светотехник

Работает в светотехнической отрасли с 2015 года. Выпускница Санкт-Петербургского научно-исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики. Любимая цитата: «Нет никаких причин чувствовать себя одиноким, когда в мире есть любовь и свет.» 

1. Введение

Ежедневно на протяжении всей своей жизни мы неразрывно связаны со светом, что оказывает влияние не только на наше зрительное восприятие окружающего мира, но и на здоровье, самочувствие, продуктивность и настроение.

С давних времен по своей природе человек с восходом солнца просыпается, когда солнце находится в своём пике – работает, а с наступлением ночи готовится ко сну. Это не случайно и взаимосвязано со светом. Каким образом? Для этого необходимо рассмотреть характеристики света

Световое излучение характеризуется такими параметрами, как световой поток, сила света, яркость, освещенность и др., но подробней хотелось бы остановиться на спектральных характеристиках и их взаимосвязи с природой.

Свет – это видимая область электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от 380 нм до 780 нм. Именно в этом диапазоне оптическое излучение способно возбуждать сетчатку глаза человека и создавать зрительный образ.

Помимо видимой области излучения в светотехнике рассматривают также ультрафиолетовое (длина волны от 1 нм до 380 нм) и инфракрасное излучение (длина волны от 780 нм до 1 мк).

Видимое излучение с разной длиной волны воспринимаются глазом как разные цвета:

Таблица 1. Длины волн различных цветов

Длина волны	Цвет
от 380 нм до 450 нм	фиолетовый
от 450 нм до 480 нм	синий
от 480 до 510	голубой
от 510 до 550	зеленый
от 550 до 575	жёлто-зеленый
от 575 до 590	жёлтый
от 590 до 610	оранжевый
более 610	красный

 

Границы цветов приблизительны – разные люди отличаются друг от друга восприятием цветовых сигналов головным мозгом. Для нас же самым наглядным примером видимого спектра в природе является радуга.

Полный видимый спектр на шкале излучений различных длин волн выглядит так:

Белый свет является смешением всех (или нескольких) цветов спектра в определенной пропорции. Если луч белого света пропустить через стеклянную призму, то он разложится на спектр (явление дисперсии света).

Различные цвета мы видим каждый день и не придаём значения тому, что это очень сложный процесс восприятия. Цвет предмета определяется спектральным составом света и спектральными характеристиками отражения и пропускания материалов.

Цвет – это объективная величина, которая может быть измерена и выражена конкретными параметрами. Для этого чаще всего используют колориметрическую систему координат цветности:

На рис. 3 представлено поле реальных цветов. На ограничивающей его кривой линии отмечены длины волн монохроматических излучений, воспринимаемых глазом – от 380 (фиолетовый цвет) до 700 (красный цвет) нм.

Средняя часть цветового поля – это область белых цветов. В ней проходит линия – кривая теплового излучения, то есть кривая координат цветности белого света.

Цветность белого света зависит от цветовой температуры – температуры чёрного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового фона, что и рассматриваемое излучение. Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина.

Цвет излучения тепловых источников света (ламп накаливания) очень точно соответствует данной кривой на графике.

На рис. 4 представлено наглядное сравнение источников света с различной цветовой температурой.

Многие ошибаются, полагая, что чем выше цветовая температура, тем свет «теплее», чем ниже – «холоднее». Ассоциация происходит с температурой тела и воздуха, когда при повышении температуры становится теплее.

В случае цветовой температуры света можно провести аналогию с цветом звёзд.

Цвет звезды зависит от температуры на поверхности: чем больше тепла звезда излучает, тем более голубой цвет она имеет, и наоборот, самые холодные звёзды по температуре на поверхности имеют оранжевый и красный цвет. Как видно из рис. 5, самые горячие небесные тела – голубые звёзды с температурой 30000 К, самые холодные звёзды – красные с температурой 3500 К, солнце в середине дня имеет температуру на поверхности 6000 К и желто-белый цвет.

2. Влияние цветовой температуры источников света на человека

В современном мире большая часть нашего активного времени суток проходит на рабочем месте, т.е. под воздействием искусственного освещения. Качество света и его достаточное количество – важная составляющая верного восприятия окружающего мира. Формы объектов, цвета, люди, предполагаемые опасности распознаются нами, если обеспечивается достаточные уровень освещенности, время воздействия света и его цветность. Наравне с визуальными эффектами, цветность влияет также и на другие сферы жизни человека.

С конца 20-го века было проведено большое количество исследований незрительного воздействия света на организм. Оказалось, что в глазах человека имеются не только известные рецепторы – колбочки и палочки, воспроизводящие изображения предметов, но и фоторецепторы, воспринимающие свет без образования изображения – меланопсин. Эти рецепторы отвечают за выработку гормона мелатонина, кортизола, регулируя циркадные ритмы человека.

Циркадные ритмы – это внутренние фундаментальные биологические циклы организма с периодом 24 часа, такие как сон, температура тела, пищеварение. Циркадные ритмы влияют на выработку гормона «сна» — мелатонина, производят и выравнивают определенные физиологические реакции в зависимости от уровня освещенности и цветовой температуры.

Гормон мелатонин отвечает за отдых и расслабление организма и работает в партнерстве с другими гормонами (кортизол, серотонин, допамин). В течение дня кортизол обеспечивает бодрость и стрессовую реакцию организма, серотонин контролирует импульс и углеводную потребность, а допамин обеспечивает хорошее настроение, удовольствие, бдительность и координацию.

Высокий уровень мелатонина является причиной сонливости, но он может быть урегулирован воздействием на другие гормоны. Т.к. в течение рабочего дня регулировать уровень естественного освещения сложно, то оказывать влияние на эти четыре гормона, следовательно, и на циркадные ритмы, можно благодаря правильному выбору цветовой температуры источников искусственного освещения.

Воздействие на циркадные ритмы человека происходит за счет изменения уровня освещенности и цветовой температуры в определенные фазы суток. Например, синяя спектральная составляющая подавляет мелатонин и активизирует кортизол, что подходит для середины дня, обеспечивая высокую работоспособность человека, умственную и физическую активность. Излучения в желтом спектре подходят для утра и вечера, когда организм расслабляется и восполняет жизненные силы. Таким образом, изменяя цветовую температуру можно напрямую влиять на самочувствие человека, его настроение и работоспособность в течении дня, не нарушая жизненных циклов.

3. Практическое применение различной цветовой температуры в искусственном освещении

В настоящее время стало возможным применить на практике знания, что освещение в теплом спектре активизирует гормоны отдыха и действует расслабляюще на организм, освещение в нейтрально белом цвете обеспечивает комфортное выполнение текущих задач, а освещение в холодном спектре способствует умственной активности.

Для этого можно обеспечить биологически и эмоционально эффективное освещение двумя способами:

1. Первый способ – это эффективное распределение освещения с различной цветовой температурой по времени и зонам:

Например, для стандартного рабочего времени подходит цветовая температура источников света равная 4000 К.

Для совещаний и важных переговоров необходима цветовая температура в 5000 К. За счёт более холодной цветовой температуры активизируется выработка гормона кортизола, что приводит к улучшению мозговой деятельности и концентрации.

Но в течение рабочего дня человеку необходим ещё и отдых для восстановления сил. Для этой цели в помещениях отдыха обеспечивают цветовую температуру источников света 3000 К.

2. Второй способ – это обеспечение повторения суточного солнечного цикла с помощью источников света.

В основе данного метода лежит зависимость естественного солнечного цикла от цветовой температуры излучения и зависимость человека от солнечного цикла. Если понаблюдать за солнцем в течение дня, то можно увидеть следующую картину:

Как известно, человек ориентируется во времени по естественному освещению (смена дня и ночи), и что свет имеет влияние на человеческие биоритмы.

Утром, при восходе солнца (при теплой цветовой температуре) начинает снижаться выработка мелатонина, и организм пробуждается. Днём (при переходе от нейтральной цветовой температуры к холодной) при выработке кортизола повышается работоспособность. Вечером (при тёплой цветовой температуре) выработка кортизола уменьшается, мелатонина – увеличивается, организм входит в состояние покоя и готовится ко сну. Сохранить гармоничный для организма человека цикл цветовой температуры в искусственном освещении можно, организовав запрограммированное изменение цветовой температуры источников света.

Таблица 2. Зависимость организма от цветовой температуры источников света

Цветовая температура	Что происходит	Эффект
2700 – 3000 К, тёплая	Выработка гормона мелатонина, снижение выработки гормона кортизола	Утром – пробуждение, днём – отдых, расслабление, вечером – подготовка ко сну
4000 – 5000 К, нейтральная	Выработка гормона кортизола, снижение выработки гормона мелатонина	Основное рабочее время – увеличение концентрации
5000 – 6500 К, холодная	Выработка гормона кортизола	Пик активности мозга, концентрации, внимания и продуктивности

Таким образом, обеспечив один из подходов управления освещением на рабочем месте, можно грамотно положительно влиять на самочувствие и продуктивность сотрудников.

4. Торговое освещение

Где ещё можно наблюдать влияние цветовой температуры источников света на человека? В магазине. Да, это влияние не меняет настроения покупателя, но помогает сделать выбор. При правильном освещении булочки будут выглядеть вкуснее, а рыба и мясо – свежее.

В настоящее время вопрос, какой товар и в каком магазине выбрать, возникает каждый день. Современного потребителя, т.е. каждого из нас, окружает множество магазинов, конкурирующих между собой, но мы всегда пойдём в тот, где товар лучше. А товар лучше там, где его правильно презентуют.

В чём состоит взаимосвязь презентации товара и спектральных характеристик света?

Для торгового освещения важным требованием является качественная передача визуальной информации о товаре потребителю, что можно обеспечить с помощью качественного освещения. За это отвечают такие параметры как высокий уровень освещенности, высокий индекс цветопередачи, правильно подобранная цветовая температура источника и использование специальных спектров.

Различные группы товаров требуют различного освещения: существуют специальные спектры излучения источников, подчеркивающие натуральные оттенки предметов.

К примеру, мясо подсвечивают спектром со смещением в красный цвет, чтобы оно выглядело аппетитно.

Замороженные продукты и рыбу подсвечивают светом с холодной цветовой температурой (5000-6500 К), что подчеркивает свежесть, блеск и охлажденность.

Хлебобулочные изделия подсвечивают теплым светом (2700-3000 К). Как правило, хлеб выложен на натуральных материалах теплых оттенков (дереве), что усиливает гармоничный вид.

Фрукты и овощи освещают направленным светом с высокой цветопередачей, чтобы товар выглядел ярким, свежим и привлекательным.

В табл. 3 приведены дополнительные виды товаров, которые также можно выгодно подчеркнуть:

Таблица 3. Виды товарного ассортимента и необходимые им цветовая температура и смещение спектра

Товарный ассортимент	Цветовая температура, К;  Смещение спектра в цвет
Бытовые товары	3000 – 4000 К
Одежда и обувь	3000 – 4000 К
Автомобили	3000 – 4000 К
Охлажденное мясо	3700 К, красный
Охлажденная рыба	5000 – 6500 К, синий
Фрукты и овощи	2700 – 3000 К, жёлтый
Хлебобулочные изделия	2700 К, жёлтый
Молоко	3000 – 4000 К
Колбаса и копчености	3700 К, красный

Важно помнить, что обеспечение комфортной среды для покупок – это сложная и точная настройка различных параметров источников света, на которой не следует экономить при проектировании, ведь человек охотней совершит покупки в магазине, который для себя воспринимает как комфортный и с качественным товаром.

5. Заключение

В статье рассмотрены важнейшие спектральные характеристики источников света, умело используя которые, можно создать комфортную среду для нашей жизни и работы.

Оптимизация искусственного освещения в рабочем пространстве способствует поддержанию циркадного ритма человека, что напрямую влияет на самочувствие, настроение и продуктивность.

Грамотное проектирование искусственного освещения в магазинах с учетом требований различных товаров помогает создавать в магазине комфортную среду и представлять товары в самом выгодном свете для покупателей, что положительно сказывается на уровне продаж.

Источники:

1. «Справочная книга по светотехнике», под ред. Ю.Б. Айзенберга, 3-е издание, 2006
2. «Элементарная светотехника», Л.П. Варфоломеев, 2013
3. Журнал «Современная светотехника», №4, 2018
4. Буклет по решениям «Биологически и эмоционально эффективное освещение (Human Centric Lighting), Световые технологии, 2019
5. Интернет-ресурс: v-kosmose.com
6. Рисунки 4 и 6 — нарисованы и принадлежат bigpro.ru; остальные — взяты с интернет-ресурса: pinterest.ru.

Характеристики источников света

Правильный подбор источников света осуществляется по их наиболее значимым характеристикам. Эти характеристики влияют на эмоциональное состояние, работоспособность, цветовосприятие, а также на экономическую составляющую.

Приобретение источника света – а проще говоря, лампочки или лампы еще совсем недавно сводилось к информации продавца о необходимой мощности. И даже покупая люминесцентную лампу, также вставал вопрос о ее мощности, и в качестве дополнения могли последовать разъяснения о стартере или дросселе. На сегодняшний день покупатель владеет информацией не только о мощности, но и ставит задачу продавцу по рекомендации энергосберегающей лампы с желаемой цветностью. Производственники, владельцы собственных объектов коммерческой деятельности для решения задач освещения обращаются к светотехникам, поскольку необходимо не просто сделать закупку, но в последующем иметь возможность управления светом, выполняя задачи энергосбережения, и другие.

Для специалистов и заинтересованных лиц к важным характеристикам источников света относятся:

• мощность, Вт;
• параметры сети, В;
• необходимость применения согласующих устройств: трансформаторов, пускорегулирующей аппаратуры;
• величина светового потока, лм;
• световая отдача, лм/Вт;
• цветовая температура, К;
• качество цветопередачи, Ra.

Важна и диаграмма освещенности, по которой определяется оптимальное расположение источника света от освещаемой поверхности. Для различных направлений использования конечная точка располагается не только на уровне пола, а на определенной высоте, которая определена положением рабочей зоны: стол в офисе, витрина – в магазине. В основном источник света является частью светового прибора, при этом на светораспределение влияет оптический элемент – рефлектор. Он может быть и неотъемлемой частью лампы, в данном случае она носит название – рефлекторная. Конус пространства, который вырезается благодаря применению отражателя, различен: от узкого, характерного для акцентного освещения, до широкого, используемого для заливающего освещения значительных участков. Тип или форма распределения графически изображается линией – КСС. Распространение света в помещениях корректируется под воздействием материалов, использованных для изготовления потолка, стен, полов, оборудования. Их влияние определяется расчетным путем, обращением к проектировщикам.

Главный показатель, к соблюдению которого стремится прийти проектирующая организация, освещенность (лк). Именно ее значение регламентируется нормативами. Кроме этого, нормируется уровень дискомфорта или величина допустимых пульсаций и качество цветопередачи.

Преимущества и недостатки источников света

Все используемые источники света наделены набором преимуществ и определенных нежелательных качеств. Выбор идеального решения должен привести к оптимальному соотношению цены (приобретения и обслуживания), к максимальному набору эксплуатационных достоинств. Особое значение придается определению того, насколько эффективен расход потребляемой электроэнергии, то есть какое ее количество расходуется на излучение света. Именно потому, что лампы накаливания около 95% энергии тратят на выработку тепла, их уже практически исключили из списка рекомендованных ИС. Наиболее выгодную позицию в данном контексте занимают натриевые газоразрядные лампы и там, где не принципиально качество цветопередачи, они идеальны. Все более эффективные источники создаются на базе электронных технологий – LED. В данном случае препятствием является достаточно высокая стоимость, как, впрочем, и для металлогалогенных ламп. Оба вида источника света работают в широком температурном диапазоне, позволяют осуществить выбор цветовой температуры. В пользу светодиодов склоняются в целях исключения ИК и УФ-излучения, а в сторону металлогалогенных ламп – при необходимости применения мощных источников света.

Характеристики источников света дают основания к предварительной оценке уместности и целесообразности их применения на том или ином объекте с учетом особенностей питающей сети и требовательности к качественным параметрам света.

это… Природа света. Законы света

Светом принято считать любой вид оптического излучения. Иными словами, это электромагнитные волны, длина которых находится в диапазоне единиц нанометров.

Общие определения

С точки зрения оптики, свет – это электромагнитное излучение, которое воспринимается глазом человека. За единицу изменения принято брать участок в вакууме 750 ТГц. Это коротковолновая граница спектра. Ее длина равна 400 нм. Что касается границы широких волн, то за единицу измерения берется участок в 760 нм, то есть 390 ТГц.

В физике свет рассматривается как совокупность направленных частиц, называемых фотонами. Скорость распределения волн в вакууме постоянна. Фотоны обладают определенным импульсом, энергией, нулевой массой. В более широком смысле слова, свет – это видимое ультрафиолетовое излучение. Также волны могут быть и инфракрасными.

С точки зрения онтологии, свет – это начало бытия. Об этом твердят и философы, и религиоведы. В географии этим термином принято называть отдельные области планеты. Сам по себе свет — это понятие социальное. Тем не менее в науке оно имеет конкретные свойства, черты и законы.

Природа и источники света

Электромагнитное излучение создается в процессе взаимодействия заряженных частиц. Оптимальным условием для этого будет тепло, которое имеет непрерывный спектр. Максимум излучения зависит от температуры источника. Отличным примером процесса является Солнце. Его излучение близко к аналогичным показателям абсолютно черного тела. Природа света на Солнце обуславливается температурой нагревания до 6000 К. При этом около 40% излучения находится в пределах видимости. Максимум спектра по мощности располагается вблизи 550 нм.

Источниками света также могут быть:

1. Электронные оболочки молекул и атомов во время перехода с одного уровня на другой. Такие процессы позволяют достичь линейный спектр. Примером могут служить светодиоды и газоразрядные лампы.
2. Черенковское излучение, которое образуется при движении заряженных частиц с фазовой скоростью света.
3. Процессы торможения фотонов. В результате образуется синхро- или циклотронное излучение.

Природа света может быть связана и с люминесценцией. Это касается и искусственных источников, и органических. Пример: хемилюминесценция, сцинтилляция, фосфоресценция и др.

В свою очередь, источники света разделяются на группы относительно температурных показателей: А, В, С, D65. Самый сложный спектр наблюдается у абсолютно черного тела.

Характеристики света

Человеческий глаз субъективно воспринимает электромагнитное излучение как цвет. Так, свет может отдавать белыми, желтыми, красными, зелеными переливами. Это лишь зрительное ощущение, которое связано с частотой излучения, будь оно по составу спектральным или монохроматическим. Доказано, что фотоны способны распространяться даже в вакууме. При отсутствии вещества скорость потока равняется 300.000 км/с. Это открытие было сделано еще в начале 1970-х годов.

На границе сред поток света испытывает либо отражение, либо преломление. Во время распространения он рассеивается через вещество. Можно сказать, что оптические показатели среды характеризуются значением преломления, равным отношению скоростей в вакууме и поглощения. В изотропных веществам распространение потока не зависит от направления. Здесь показатель преломления представлен скалярной величиной, определяющейся координатами и временем. В анизотропной среде фотоны проявляется в виде тензора.

Кроме того, свет бывает поляризованным и нет. В первом случае главной величиной определения будет вектор волны. Если же поток не поляризован, то он состоит из набора частиц, направленных в случайные стороны.

Важнейшей характеристикой света является и его интенсивность. Она определяется такими фотометрическими величинами, как мощность и энергия.

Основные свойства света

Фотоны могут не только взаимодействовать между собой, но и иметь направление. В результате соприкосновения с посторонней средой поток испытывает отражение и преломление. Это два основополагающих свойства света. С отражением все более-менее ясно: оно зависит от плотности материи и угла падения лучей. Однако с преломлением дело обстоит куда сложнее.

Для начала можно рассмотреть простой пример: если опустить соломинку в воду, то со стороны она покажется изогнутой и укороченной. Это и есть преломление света, которое наступает на границе жидкой среды и воздуха. Этот процесс определяется направлением распределения лучей во время прохождения через границу материи.

Когда поток света касается границы между средами, длина его волны существенно изменяется. Тем не менее частота распространения остается прежней. Если луч не ортогональный по отношению к границе, то изменению подвергнется и длина волны, и ее направление.

Искусственное преломление света часто используется в исследовательских целях (микроскопы, линзы, лупы). Также к таковым источникам изменения характеристик волны относятся очки.

Классификация света

В настоящее время различают искусственный и естественный свет. Каждый из этих видов определяется характерным источником излучения.

Естественный свет представляет собой набор заряженных частиц с хаотичным и быстро изменяющимся направлением. Такое электромагнитное поле обуславливается переменным колебанием напряженностей. К естественным источникам относятся раскаленные тела, солнце, поляризованные газы.

Искусственный свет бывает следующих видов:

1. Местный. Его используют на рабочем месте, на участке кухни, стены и т.д. Такое освещение играет важную роль в дизайне интерьера.
2. Общий. Это равномерное освещение всей площади. Источниками являются люстры, торшеры.
3. Комбинированный. Смесь первого и второго видов для достижения идеальной освещенности помещения.
4. Аварийный. Он крайне полезен при отключениях света. Питание производится чаще всего от аккумуляторов.

Солнечный свет

На сегодняшний день это главный источник энергии на Земле. Не будет преувеличением сказать, что солнечный свет воздействует на все важные материи. Это количественная постоянная, которая определяет энергию.

В верхних слоях земной атмосферы содержится около 50% излучения инфракрасного и 10% ультрафиолетового. Поэтому количественная составляющая видимого света равна всего 40%.

Солнечная энергия используется в синтетических и природных процессах. Это и фотосинтез, и преобразование химических форм, и отопление, и многое другое. Благодаря солнцу человечество может пользоваться электроэнергией. В свою очередь, потоки света могут быть прямыми и рассеянными, если они проходят через облака.

Три главных закона

С древних времен ученые занимались изучением геометрической оптики. На сегодняшний день основополагающими являются следующие законы света:

1. Закон распространения. Он гласит, что в однородной оптической среде свет будет распределяться прямолинейно.
2. Закон преломления. Луч света, падающий на границу двух сред, и его проекция из точки пересечения лежат на одной плоскости. Также это касается и опущенного к месту касания перпендикуляра. При этом отношение синусов углов падения и преломления будет величиной постоянной.
3. Закон отражения. Опускающийся на границу сред луч света и его проекция лежат на одной плоскости. При этом углы отражения и падения равны.

Восприятие света

Окружающий мир человеку виден благодаря способности его глаз взаимодействовать с электромагнитным излучением. Свет воспринимается рецепторами сетчатки, которые могут уловить и отреагировать на спектральный диапазон заряженных частиц.

У человека есть 2 типа чувствительных клеток глаза: колбочки и палочки. Первые обуславливают механизм зрения в дневное время при высоком уровне освещения. Палочки же являются более чувствительными к излучению. Они позволяют человеку видеть в ночное время.

Зрительные оттенки света обуславливаются длиной волны и ее направленностью.

Характеристики света

Уравнения Максвелла объединили исследования электромагнетизма и оптики. Свет — это относительно узкая полоса частот электромагнитных волн, к которым чувствительны наши глаза. На рисунке показан спектр видимого света . Длины волн обычно измеряются в нанометрах (1 нм = 10 ⁻⁹ м) или в единицах ангстрем (1Å = 10 ⁻¹⁰ м). Цвета видимого спектра простираются от фиолетового с самой короткой длиной до красного с самой длинной волной.

Рисунок 1 Спектр электромагнитного излучения, в который входит видимый свет.

Скорость света

Свет распространяется с такой высокой скоростью, 3 × 10 ⁸ м / сек, что исторически было трудно измерить.В конце 1600-х годов Клаус Ремер наблюдал различия в периодах спутников Юпитера, которые варьировались в зависимости от положения Земли. Он правильно предположил конечную скорость света. Он пришел к выводу, что годовое изменение связано с изменением расстояния между Юпитером и Землей; поэтому более длительный период указывал на то, что свету нужно было пройти дальше. Его оценка 2,1 × 10 ⁸ м / с, основанная на его значении радиуса земной орбиты, была неточной, но его теории были здравыми. Арман Физо первым измерил скорость света на поверхности Земли.В 1849 году он использовал вращающееся зубчатое колесо, чтобы найти близкое приближение скорости света, 3,15 × 10 ⁸ м / с. Как показано на рисунке, луч света прошел через колесо, отразился зеркалом на расстоянии ( d ) от него, а затем снова прошел через отверстие между зубьями.

Рисунок 2 Аппарат Физо для измерения скорости света.

Предположим, что скорость колеса отрегулирована так, что свет, проходящий через отверстие a, , затем проходит через отверстие b после отражения. Если зубчатое колесо вращается с угловой скоростью ω и угол между двумя отверстиями равен θ, то время прохождения света 2 d равно

, поэтому скорость света можно рассчитать по

, где c обозначает скорость света.Более современные методы с использованием лазеров позволяют проводить измерения с точностью до девяти десятичных знаков.

Свет и другое электромагнитное излучение могут быть поляризованными, поскольку волны поперечные. Колебательное движение, перпендикулярное направлению движения волны, является отличительной чертой поперечных волн. Продольные волны, такие как звук, не могут быть поляризованы. Поляризованный свет имеет колебания, ограниченные одной плоскостью, перпендикулярной направлению движения.Луч света можно представить системой световых векторов. На рисунке 3 неполяризованный свет излучается лампочкой. Луч, идущий вверху страницы, просматривается по направлению движения (как конец). Векторы в луче, идущем в сторону страницы, видны перпендикулярно направлению движения (как вид сбоку).

,

Основные характеристики источников света

Скотт Уотсон

Источники света, такие как лампы накаливания, галогены, люминесцентные лампы, светодиоды и некоторые другие, обладают основными характеристиками. У них тоже есть свои положительные и отрицательные стороны. На самом деле, во всем мире используются разные типы источников света. Ни один из них не оказался подходящим для всех приложений. В этой статье вы узнаете больше о положительных и отрицательных сторонах источников освещения.Это поможет вам лучше понять систему светодиодного освещения. Давайте посмотрим на некоторые характеристики.

• Качество света
Это, по сути, самая первая характеристика многих источников света. Качество излучаемого света очень важно. Он показывает, насколько хорош или плох источник освещения. В основном, под характеристикой качества света рассматриваются две простые меры. Они включают коррелированную цветовую температуру (CCT) и индекс цветопередачи (CRI).Эти два показателя предлагают широкий обзор большинства источников света. CCT объясняет цветовую температуру источников света. Например, желтый цвет обычно более горячий, чем красный. С другой стороны, CRI описывает систему воспроизведения различных цветов, видимых в источниках света. Например, CRI 100 идеален, тогда как CRI 82 лучше, чем у 60.

Известно, что типичная лампа накаливания имеет CRI 100 и CCT 2850K. Люминесцентные лампы обычно известны тем, что имеют разные уровни CRI и CCT.Типичная люминесцентная лампа может иметь CRI 82 и CCT 4100K. Обычно это приводит к появлению белого цвета лампы.

• Эффективность
Эффективность источников света также имеет большое значение. Это говорит об их эффективности и количестве света, которое они излучают, а также об их потребляемой энергии. Когда дело доходит до эффективности, лампы накаливания находятся на самом низком уровне. Они просто служат резисторами. Типичная лампа накаливания мощностью 60 Вт дает 830 люмен. Лампы накаливания с более высокой мощностью также более эффективны, чем лампы с малой мощностью.

Известно, что люминесцентные лампы имеют более высокий КПД по сравнению с лампами накаливания. Типичная 4-футовая люминесцентная лампа обычно дает 2700 люмен при мощности 32 Вт. Это составляет 84 лм / Вт. Однако лампу накаливания можно легко подключить к сети переменного тока 120 В, что делает ее очень простой в использовании. Но люминесцентная лампа требует балласта для преобразования энергии. Известно, что большинство балластов эффективны, но это зависит от уровня их способности нести трубки.

• Время
Время — еще одна важная характеристика источников света.Он покрывает мерцание и время включения. Когда дело доходит до времени включения, лампы накаливания, как известно, очень просты. При подаче на них питания они легко могут сразу включиться. Они просто светятся на полную мощность. С другой стороны, люминесцентные лампы требуют дополнительного времени. Они также могут быть очень сложными. В большинстве случаев включение люминесцентной лампы может занять несколько минут. Нить накала обычно предварительно нагревается перед созданием плазменной дуги, чтобы обеспечить долговечность трубки.Время предварительного нагрева обычно составляет до 700 мсек. Когда лампу в конце концов наденут, может пройти несколько минут, прежде чем она станет полной. Эта задержка на самом деле является одним из основных недостатков большинства люминесцентных ламп. При использовании таких лампочек вы можете не увидеть свет. У некоторых люминесцентных ламп время включения меньше. Натриевые уличные фонари включаются через несколько минут. Обычно это происходит, когда их надевают на ночь.

HID лампы обычно не включаются снова после того, как вы их выключили.Вы должны подождать примерно 10-15 минут, прежде чем сможете снова их надеть. Это может быть очень проблематично, особенно при внезапном отключении электроэнергии. Возможно, вам придется подождать несколько минут, чтобы включить HID-лампы.

Между тем, термин «мерцание» относится к тому, что происходит, когда свет выключается каждый раз, когда линия переменного тока проходит через 0 вольт. Обычно в этом участвует большинство ламп накаливания. Однако вы можете не заметить этого, поскольку у них есть волокна, которым требуется достаточно времени, чтобы остыть.Это делает изменение света незамеченным. Нить лампы накаливания обычно имеет большую тепловую постоянную времени. Вы можете обнаружить это, выключив лампочку накаливания. Свет обычно продолжает гореть в течение нескольких секунд после выключения.

С другой стороны, люминесцентные лампы гаснут плазменную дугу в течение 100 мкс. вот почему люминесцентная лампа на 10 кГц имеет преимущество в эффективности на 10% по сравнению с лампой с емкостью 60 Гц. Обычно это вызывает выключение и включение люминесцентной лампы 50 или 60 раз в секунду.В большинстве случаев это вызывает раздражающее мерцание большинства люминесцентных ламп.

Светодиодные лампы также сталкиваются с такими проблемами, поскольку обычно выключаются быстрее, чем обычные люминесцентные лампы.

• Затемнение
У большинства источников света обычно есть проблемы с затемнением. Например, лампы накаливания понижают свой уровень CCT по мере того, как тускнеют. Обычно это заставляет их казаться более красными.

Люминесцентные лампы также отключаются, когда становятся тусклыми. Обычно они воспринимают пропущенное напряжение как явное снижение среднего напряжения в сети.Опять же, если напряжение, подаваемое на балласт люминесцентной лампы, уменьшается, ток дуги и мощность накала также уменьшаются. Это сокращает срок службы трубки. У светодиодов также есть проблемы с затемнением. Их можно сделать затемненными.

• Старение
Проблемы старения также возникают в большинстве источников света. Если одна из нескольких ламп накаливания заменяется в приборе, это может указывать на то, что старые лампы со временем изнашиваются. Тот же сценарий наблюдается и с люминесцентными лампами и светодиодами.Однако продолжительность старения для всех источников света различается. Срок службы лампы накаливания составляет 100 часов. Люминесцентные лампы имеют сложный срок службы, поскольку их срок службы зависит от того, сколько часов они используются, а также от используемых циклов включения / выключения. В основном их срок службы составляет 10 000 часов использования.

Светодиоды имеют более длительный срок службы. Это потому, что они сделаны из полупроводников, которые служат годами. Светодиоды могут служить тысячи часов. Их средний срок службы составляет 50 000 часов.

В целом, приведенные выше характеристики источников света помогают узнать больше о различных типах световых систем.Вы можете использовать их в качестве базовых знаний, когда будете больше изучать светодиоды и их режимы работы.

.

Основы света

Основы света

---

Солнце в рентгеновском свете (слева) и в крайнем ультрафиолетовом свете (справа).

Свет как энергия

Свет замечательный. Это то, что мы принимаем как должное каждый день, но это не так. то, о чем мы очень часто останавливаемся и думаем или даже пытаемся определить. Давайте принимать несколько минут и попытайтесь понять кое-что о свете.

Проще говоря, свет — это естественный способ передачи энергии в пространстве.Мы можем усложняют это, говоря о взаимодействующих электрических и магнитных полях, квантовых механика и все такое, но помните — свет — это энергия .

Свет распространяется очень быстро, но имеет конечную скорость. В вакууме, скорость света 186 282 мили за секунд (или почти 300 000 километров в секунду), что действительно гудит! Тем не мение, когда мы начинаем говорить о невероятных расстояниях в астрономии, конечная природа скорости света становится очевидным.Это занимает около двух с половиной секунд, например, для радиосвязи, движущейся со скоростью света, чтобы добраться до луна и обратно.

Восход солнца с космического корабля «Шаттл», миссия STS-47. Возможно, вам будет интересно вспомнить, когда в следующий раз вы посмотрите красивый восход или закат, когда само солнце фактически опустилось за горизонт на восемь минут раньше — это занимает так долго, чтобы свет достиг Земли! И, конечно же, каждую газетную статью вы когда-либо прочитанный об астрономии всегда будет включать в себя обязательное утверждение: «Световой год это расстояние, которое свет проходит за один год со скоростью 186 282 миль в секунду, около 6 триллионов миль.»(На самом деле 5,8 триллиона миль, но сколько 200 миллиардов миль среди друзей?)

Мы также должны сразу выделить, что свет, как правило, называют электромагнитное излучение . Хорошо, мы использовали громкое слово. Это должно было случиться раньше или позже. Но слишком часто, когда мы говорим «свет», это ошибочно означает «оптический свет», то есть примерно излучение видно нашим глазам. Видимый свет — крошечная часть огромной световой доски. называется электромагнитный спектр .За наших удобство, мы нарушаем это шведский стол на различные блюда (закуска, салат и т. д.) и называйте их по имени, например гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовые, оптические, инфракрасные, и радио. Однако важно помнить, что все они всего лишь light . В электромагнитном спектре нет «разрывов» и жестких границ — просто непрерывный диапазон энергии.

Частицы и волны

Физические эксперименты за последние сто лет или около того продемонстрировали, что свет имеет двойственную природу.Во многих случаях свет удобно представлять в виде явление «частицы», когда свет рассматривается как дискретные «пакеты» энергии, которые мы называем фотонов . При таком мышлении не все фотоны созданы равными, по крайней мере, с точки зрения того, сколько энергии они содержат. Каждый фотон рентгеновского света содержит много энергии по сравнению, скажем, с оптическим или радиофотоном. Это является ли это «энергосодержание на фотон» одной из отличительных характеристик различных диапазонов света, описанного выше.Несмотря на то, что это не совсем правильно, трудно не представить луч света как набор маленьких «световых пуль», нанизанных вместе в ряд.
«Волновая» модель света.
Другой способ представления света — явление волны . Это немного сложнее для понимания, но, возможно, аналогия со звуковыми волнами будет полезно. Когда вы играете высокую и низкую ноту на пианино, они оба издают звук, но главное, что между две ноты — это частота вибрирующей струны, производящей звук волны — тем быстрее вибрация тем выше высота ноты.Если мы теперь сосредоточимся на звуке сами волны вместо вибрирующей струны, мы бы обнаружили, что чем выше тональные ноты имеют более короткие длин волн или расстояния между ними последовательная волна. Точно так же (и ограничивая себя на оптический свет), синий и красный свет — это просто свет, но синий свет имеет более высокую частоту вибрации (или более короткую длину волны), чем красный свет.

Цвета знакомой «радуги» видимого света соответствуют разным длины волн света, показанные здесь в нанометровом масштабе.Длины волн становятся последовательно увеличиваясь при движении слева направо. Оптический свет имеет длину от 400 до 700 нанометров.

Точно так же, как мы движемся по электромагнитному спектру. Каждый диапазон света, который мы определили выше, соответствует диапазону частот (или длин волн) легких колебаний. Эти длины волн являются одними из основных показателей, которые мы используем. для описания света и спектров на графике. Отображение спектра в виде графика вместо просто цветная полоса позволяет нам измерять свет.

Например, «радуга» цвета, показанная на рисунке выше, — это то, что вы видите, когда вы пропускаете белый свет через призму. Однако может быть неочевидным то, что «интенсивность» или яркость света также меняется вместе с цветами. Если мы преобразовали «радугу» в график зависимости интенсивности света от длины волны, выглядят так:

Знакомую «радугу» видимого спектра можно преобразовать в график, показывает, как интенсивность света изменяется по спектру.

Обратите внимание, что спектр наиболее яркий в середине (желто-зеленая область) и падает выключен в обоих направлениях (в сторону красного и синего). Это было не очевидно из радуги версия спектра! Также обратите внимание, что «интенсивность» света в График не останавливается на «концах» радужного спектра, видимого нашим глазом! Свет распространяется дальше того, что мы можем видеть в обоих направлениях, что мы можем видеть в график, но не глядя на радугу. Астрономы чаще всего используют графические спектры. время, потому что таким образом они могут получить больше информации из света, и потому что они все еще может строить и анализировать свет, который не виден нашим глазом напрямую!

Мы уже упоминали, что энергия каждого фотона света также является основным свойством.Оказывается, существует простая связь между энергией фотона и соответствующая длина волны этого фотона:

E (фотон) = (константа) / (длина волны).
Это простое уравнение связывает воедино частичную и волновую природу света, разрешая нам, чтобы преобразовать длины волн в фотоны и фотоны в их соответствующие длины волн. Это уравнение также согласуется с тем, что мы сказали раньше … рентгеновский фотон имеет большую энергию (и небольшую длину волны) по сравнению с фотон оптического света.

Взаимодействие света с веществом: поглощение и излучение света

Вас не должно удивлять, что атомы и молекул (которые просто связаны коллекции из двух или более атомов) могут поглощать свет (= энергию!). Если они этого не сделали, вы можно было просто включить и выключить свет, а затем расслабиться, пока фотоны продолжали прыгать по комнате! Точно так же инфракрасный свет (= тепло = энергия!) Ничего не сделает. хорошо обогревает дом зимой, если не поглощается веществом.Световые фотоны с более высокой энергией, такие как рентгеновские лучи, имеют тенденцию проходить через большее количество материи прежде, чем они впитаются. (Следовательно, их использование в медицинской визуализации: они могут пройти через ваши «мягкие» ткани, но легче всасываются в костях, которые плотнее.) Как и почему фотоны поглощаются веществом?

Что ж, пора разработать еще одно концептуальное устройство, которое поможет нам понять этот процесс. В физике нам часто бывает полезно притвориться, будто мы смотрим на отдельный атом. Атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов, а каждый химический элемент имеет их определенное количество — вот что их отличает! Протоны (и нейтроны) массивнее электронов, поэтому мы иногда представляем атом в виде миниатюрного солнечной системы, с тяжелыми частицами в центре (ядро) и электроны вращаются по определенным «орбитам», как планеты.(На самом деле это не очень точная картина. Электронов , а не . Считается, что это маленькие шарики «на орбите» вокруг ядерного «солнца». Однако, если вы получите идея, что электроны находятся только на определенных, дискретных «расстояниях» от ядро, и что каждое допустимое расстояние соответствует разному «энергетическому уровню» для электрона это было бы ближе к реальности.)

Не углубляясь слишком далеко в атомную физику и квантовую механику, давайте просто возьмем следующее утверждение как должное на данный момент: электронов, связанных с какой-либо конкретной атом можно найти только в определенных, конкретных энергетические уровни по отношению к ядру атома .Только атом водорода содержит один протон и один электрон, и является самым простым (и наиболее распространенный) элемент Вселенной, поэтому давайте воспользуемся им в качестве примера. Фигура [TBD] показывает схематический атом водорода, где вместо разрешенных «орбиты» для электрон, мы рисуем вертикально смещенные линии, чтобы представить допустимые уровни энергии для электрона.

Если не трогать, наш атом водорода любит связывать свой электрон так же прочно, как и сам может, и поэтому мы найдем электрон на самом низком уровне энергии, который называется «основное состояние.»Однако, если наш атом погрузить в пучок света, скажем, соседней звезды, рано или поздно атом встретит фотон с энергией ровно столько, сколько нужно для перехода электрона на следующий более высокий энергетический уровень. Вуаля! Фотон поглощается и «уходит» из луча света, идущего от звезды! Поскольку поглощенный фотон имел определенную энергию, это поглощение происходит на определенной длине волны в спектре.

Теперь наш атом водорода находится в так называемом «возбужденном» состоянии, вроде как у ребенка. прямо перед Хэллоуином.Однако, как известно всем родителям, это не естественное состояние. ребенка, и это тоже не естественное состояние атома. Если нет других фотонов поглощаются атомом, электрон в конечном итоге опустится до более низкой энергии основное состояние. Однако для этого атом должен потерять энергию, и поэтому он высвобождает фотон той же энергии, что и тот, который он поглотил (хотя, скорее всего, в некоторые другое направление, из которого он был поглощен). Этот процесс называется выбросом . потому что фотон света испускается атомом, опять же с очень определенной длиной волны.

Конечно, атом мог бы поглотить другой фотон с нужной энергией. прыгнуть на другой энергетический уровень, а то и на два, три или больше. Точно так же после каждого из этих возможных возбуждений атома электрон мог бы спрыгнуть на одну или больше шагов, испускающих фотоны по ходу движения. Если фотон с достаточно большой энергией поглощается, это может даже привести к тому, что электрон станет несвязанным со своим ядром, процесс, который называется ионизацией . Наш искалеченный атом водорода мог затем перестанет поглощать и излучать свет, пока не справится захватить свободный электрон обратно на связанный энергетический уровень.

Мы обсуждали один конкретный переход или «скачок энергии» в одном атоме, но конечно, в любой физической системе есть много атомов. В водородном газе все отдельные атомы могут поглощать и излучать фотоны, соответствующие целому группа «разрешенных» переходов между различными уровнями энергии, каждый из которых поглощают или излучают на определенных длинах волн, соответствующих разнице энергии между уровнями энергии. Эта модель поглощения (или выбросов) уникальна для водород — никакой другой элемент не может иметь такой же узор — и вызывает узнаваемый картина поглощения (или испускания) линий в спектре.

Этот рисунок демонстрирует оптический спектр, который можно увидеть от светящегося неонового газа. как в цветовой шкале, так и в графическом формате. Как и в случае с водородом, обсуждаемым в тексте, неон показывает определенный набор спектральных линий. Обратите внимание, как каждая яркая линия в цветная полоса соответствует восходящему «всплеску» в графическом формате. Поскольку большинство линии находятся в желтой и красной областях оптического спектра, появляется неоновая лампа «апельсин» на глаз. Наличие такого рисунка линий в спектре светящегося Облако в космосе сообщило бы астрономам, что это облако содержит неон в газе.

Эта диаграмма показывает, как спектр неона мог бы появиться в спектре звезды. Здесь фон «радуга» исходит из атмосферы звезды, а атомы неона в атмосфере звезды (или внешних слоях) поглощают свет звезды, оставляя темные линии. Обратите внимание, как на графике видны провалы в каждой позиции линии, создавая характерный узор. строк, ожидаемых от неона.

Немного расширив это, должно стать ясно, что, поскольку каждый химический элемент имеет свой уникальный набор допустимых уровней энергии, каждый элемент также имеет свой характерный рисунок спектральных линий поглощения (и излучения)! (См. Диаграммы выше, например, для неона.) Именно этот спектральный «отпечаток пальца» используют астрономы. идентифицировать присутствие различных химических элементов в астрономических объекты. Спектральные линии — это то, что позволяет нам, исходя из «спектра», получить так много информации о наблюдаемом объекте!

---

Щелкните здесь, чтобы перейти к следующему разделу.

Вернитесь на домашнюю страницу спектроскопии.

Смотрите эту страницу на украинском языке!

Билл Блэр ([email protected])

,

световых | Определение, свойства, физика и квантовая теория

Свет , электромагнитное излучение, которое может быть обнаружено человеческим глазом. Электромагнитное излучение происходит в чрезвычайно широком диапазоне длин волн, от гамма-лучей с длинами волн менее примерно 1 × 10 ⁻¹¹ метров до радиоволн, измеряемых в метрах. В этом широком спектре длины волн, видимые человеку, занимают очень узкую полосу, от примерно 700 нанометров (нм; миллиардных долей метра) для красного света до примерно 400 нм для фиолетового света.Спектральные области, прилегающие к видимому диапазону, часто также называют светом, инфракрасным с одного конца и ультрафиолетовым с другого. Скорость света в вакууме — фундаментальная физическая константа, принятое в настоящее время значение которой составляет точно 299 792 458 метров в секунду, или около 186 282 миль в секунду.

видимый спектр света Когда белый свет распространяется призмой или дифракционной решеткой, появляются цвета видимого спектра. Цвета различаются в зависимости от длины волны.У фиолетового цвета самые высокие частоты и самые короткие длины волн, а у красного — самые низкие частоты и самые длинные волны. Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Что сделал физик Дж. Дж. Томсон открыл в 1890-х годах, когда проанализировал катодные лучи и пришел к выводу, что они состоят из заряженных «корпускул»?

Нет однозначного ответа на вопрос «Что такое свет?» удовлетворяет множество контекстов, в которых свет переживается, исследуется и используется.Физика интересуют физические свойства света, художника — эстетическая оценка визуального мира. Через зрение свет является основным инструментом восприятия мира и общения в нем. Свет от Солнца согревает Землю, определяет глобальные погодные условия и запускает поддерживающий жизнь процесс фотосинтеза. В самом большом масштабе взаимодействие света с материей помогло сформировать структуру Вселенной. Действительно, свет открывает окно во Вселенную, от космологического до атомного масштаба.Почти вся информация об остальной Вселенной достигает Земли в виде электромагнитного излучения. Интерпретируя это излучение, астрономы могут получить представление о самых ранних эпохах Вселенной, измерить общее расширение Вселенной и определить химический состав звезд и межзвездной среды. Подобно тому, как изобретение телескопа резко расширило возможности исследования Вселенной, изобретение микроскопа открыло замысловатый мир клетки.Анализ частот света, излучаемого и поглощаемого атомами, был основным стимулом для развития квантовой механики. Атомная и молекулярная спектроскопия по-прежнему является основным инструментом для исследования структуры материи, обеспечивая сверхчувствительные тесты атомных и молекулярных моделей и способствуя изучению фундаментальных фотохимических реакций.

Солнце Солнце светит из-за облаков. © Matthew Bowden / Fotolia

Свет передает пространственную и временную информацию.Это свойство лежит в основе оптики и оптической связи, а также множества связанных технологий, как зрелых, так и новых. Технологические приложения, основанные на манипуляциях со светом, включают лазеры, голографию и волоконно-оптические телекоммуникационные системы.

В большинстве повседневных случаев свойства света можно вывести из теории классического электромагнетизма, в которой свет описывается как связанные электрические и магнитные поля, распространяющиеся в пространстве как бегущая волна.Однако этой волновой теории, разработанной в середине XIX века, недостаточно для объяснения свойств света при очень низких интенсивностях. На этом уровне необходима квантовая теория для объяснения характеристик света и объяснения взаимодействий света с атомами и молекулами. В своей простейшей форме квантовая теория описывает свет как состоящий из дискретных пакетов энергии, называемых фотонами. Однако ни классическая волновая модель, ни классическая модель частиц не описывает правильно свет; свет имеет двойственную природу, которая раскрывается только в квантовой механике.Эта удивительная дуальность волна-частица присуща всем основным составляющим природы (например, электроны имеют как частицы, так и волновые аспекты). С середины 20-го века более полная теория света, известная как квантовая электродинамика (КЭД), рассматривается физиками как законченная. КЭД объединяет идеи классического электромагнетизма, квантовой механики и специальной теории относительности.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.Подпишитесь сегодня

Эта статья посвящена физическим характеристикам света и теоретическим моделям, которые описывают природу света. Его основные темы включают введение в основы геометрической оптики, классические электромагнитные волны и эффекты интерференции, связанные с этими волнами, а также основополагающие идеи квантовой теории света. Более подробные и технические презентации этих тем можно найти в статьях оптика, электромагнитное излучение, квантовая механика и квантовая электродинамика. См. Также «Относительность » для получения подробной информации о том, как рассмотрение скорости света, измеренной в различных системах отсчета, имело решающее значение для развития специальной теории относительности Альберта Эйнштейна в 1905 году.

Теории света на протяжении истории

Теории лучей в древности world

Хотя есть явные свидетельства того, что простые оптические инструменты, такие как плоские и изогнутые зеркала и выпуклые линзы, использовались рядом ранних цивилизаций, древнегреческим философам обычно приписывают первые формальные предположения о природе света.Концептуальные препятствия, связанные с различением человеческого восприятия визуальных эффектов и физической природы света, препятствовали развитию теорий света. В этих ранних исследованиях доминировало созерцание механизма зрения. Пифагор ( c. 500 до н. Э.) Предположил, что зрение вызывается визуальными лучами, исходящими из глаза и поражающими объекты, тогда как Эмпедокл ( c. 450 до н. Э.), По-видимому, разработал модель зрения, в которой свет испускался как предметы и глаз.Эпикур ( c. 300 до н. Э.) Считал, что свет излучается источниками, отличными от глаза, и что зрение создается, когда свет отражается от объектов и попадает в глаз. Евклид ( c. 300 до н. Э.) В своей работе Optics представил закон отражения и обсудил распространение световых лучей по прямым линиям. Птолемей ( ок. 100 гг. Н. Э.) Предпринял одно из первых количественных исследований преломления света при его переходе от одной прозрачной среды к другой, составив таблицы пар углов падения и пропускания для комбинации нескольких сред.

Пифагор Пифагор, портретный бюст. © Photos.com/Jupiterimages

С упадком греко-римского царства научный прогресс переместился в исламский мир. В частности, аль-Махмун, седьмой аббасидский халиф Багдада, основал Дом мудрости (Байт аль-Хикма) в 830 году н. Э. Для перевода, изучения и улучшения эллинистических научных и философских работ. Среди первых ученых были аль-Хваризми и аль-Кинди. Аль-Кинди, известный как «арабский философ», расширил концепцию прямолинейного распространения световых лучей и обсудил механизм зрения.К 1000 году от пифагорейской модели света отказались, и появилась лучевая модель, содержащая основные концептуальные элементы того, что сейчас известно как геометрическая оптика. В частности, Ибн аль-Хайтам (латинизированный как Альхазен) в книге Китаб ал-маназир ( ок. 1038; «Оптика») правильно приписал зрение пассивному восприятию отраженных от объектов световых лучей, а не активному излучению. световых лучей из глаз. Он также изучил математические свойства отражения света от сферических и параболических зеркал и нарисовал подробные изображения оптических компонентов человеческого глаза.Работа Ибн аль-Хайсама была переведена на латынь в XIII веке и оказала большое влияние на францисканского монаха и натурфилософа Роджера Бэкона. Бэкон изучал распространение света через простые линзы и считается одним из первых, кто описал использование линз для коррекции зрения.

Роджер Бэкон Английский философ-францисканец и реформатор образования Роджер Бэкон, изображенный в его обсерватории во францисканском монастыре, Оксфорд, Англия (гравюра около 1867 года). © Photos.com/Thinkstock .