Свет жизненно важен для человека. Через глаза, через процесс зрения, люди получают 80% всей информации об окружающем мире. Видимый свет – это относительно небольшая часть большого спектра электромагнитных волн, начиная от ультрафиолета и заканчивая радиоволнами и слышимыми звуковыми частотами.
Видимый для человека свет охватывает диапазон от 400 нм до 780 нм. Именно этот диапазон равномерно доступен на Земле в виде солнечной радиации. Глаз чрезвычайно адаптивен. Он может распознавать и различать объекты как при лунном свете, так и при ярком солнечном свете.
Огонь был первым искусственным источником света для человека. Как и в случае с солнечным светом, раскаленные частицы углерода в пламени излучают свет с непрерывным спектром. От факела, сосновой щепки, свечи и масляной лампы до газового фонаря, генерация света работала по этому принципу. Изобретение лампы газового освещения сделало пламя устаревшим источником света. Дуговые электрические лампы и лампы накаливания развивались почти одновременно. Вскоре за ними последовали первые газоразрядные лампы. Начало 60-х годов считается рождением первых промышленно изготовленных светодиодов, которые, однако, начали свое триумфальное продвижение только в XXI-м тысячелетии.
Электрические источники света
Все современные источники света основаны на преобразовании электрической энергии в световую с помощью различных процессов.
Можно выделить три основные группы:
- тепловые излучатели (лампы накаливания, галогенные лампы);
- газоразрядные лампы (газоразрядные лампы низкого и высокого давления);
- электролюминесценция из полупроводниковых кристаллов (светодиод).
Температурные лампы
Температурные лампы в основном включают лампы накаливания и галогенные лампы в различных вариантах (низковольтные галогенные лампы, высоковольтные галогенные лампы). Их объединяет то, что металлическая нить – нить накаливания начинает светиться, когда через нее проходит электрический ток. Чем выше температура, тем короче длины волн – от красного свечения нити накаливания (обычно из вольфрама) до типичного теплого белого света лампы накаливания. Согласно этому принципу, большая часть электрической энергии преобразуется в тепло (95%) и только 5% – в свет. При более высоких температурах вольфрам начинает испаряться все быстрее и быстрее, что приводит к почернению стеклянной колбы и рано или поздно к перегоранию нити накаливания. Для того чтобы остановить потерю материала нити накала, возникла идея добавить галогены в газовое наполнение лампы. Образующийся галогенный цикл предотвращает осаждение атомов вольфрама на стенках колбы. Это обеспечивает более длительный срок службы, высокую светоотдачу и более яркий, более яркий свет. С 2012 года производство и продажа всех ламп накаливания в Европе не допускается.
Разрядные лампы
В газоразрядных лампах свет вырабатывается при возбуждении инертных газов или паров металлов. В газонаполненном разряднике (например, в люминесцентной лампе) ток электронов генерируется напряжением между двумя электродами. На своем пути через разрядный сосуд электроны сталкиваются с атомами газа, которые возбуждаются и испускают излучение с достаточной скоростью. В зависимости от используемого газа возникает свет с характерной длиной волны. В люминесцентной лампе внутренняя часть газоразрядной трубки покрыта люминофорами, которые преобразуют ультрафиолетовое излучение лампы в видимый свет путем флуоресценции. Различают две основные группы:
- газоразрядные лампы низкого давления (люминесцентные лампы, компактные люминесцентные лампы, натриевые лампы низкого давления);
- газоразрядные лампы высокого давления (ртутно-паровые лампы, металлогалогенные лампы, натриевые лампы высокого давления).
Светодиоды
Светодиод – это светоизлучающий диод. Название происходит от аббревиатуры английского термина Light Emitting Diode. Свет здесь производится за счет электролюминесценции полупроводниковых кристаллов. С электрической точки зрения светодиод представляет собой pn-переход, т.е. диод, работающий в прямом направлении. Видимый свет образуется при переносе электронов. Цвет света зависит от легирования pn-перехода другими элементами. Белые светодиоды являются самыми сложными в производстве. Можно смешать несколько монохроматических чипов основных цветов – красного, зеленого и синего в нужном соотношении или использовать синие светодиоды для возбуждения люминофоров с желто-зеленым спектральным диапазоном. В обоих случаях образуется белый цвет.
В последние годы световая отдача значительно возросла. Это делает их особенно энергоэффективными.