Источники света: понятия, виды, характеристики

Источники света представляют собой физические тела природного или техногенного происхождения, которые превращают энергию в световые потоки. Энергия может иметь химическое или физическое происхождение, в зависимости от ее природы. Вместе они образуют систему, которая обеспечивает комфорт, безопасность, функционирование, здоровье человека и окружающей среды. Чтобы правильно построить систему освещения, нужно понять, какие бывают источники света, и чем они отличаются. 

Что собой представляет источник света?

Источник может излучать свет в определенной видимой части спектра (360-830 нм). При этом поток состоит из фотонов – элементарных частиц, которые и осуществляют движение. Характер освещения зависит от причины его возникновения, физических и химических процессов, длины волны, среды распространения потоков и прочих особенностей. 

В отличие от ядерных реакций, которые рождаются путем перехода атомной структуры в более высокий энергетический уровень, основные источники света «работают» благодаря безопасным фотонам. Отдельного внимания заслуживает лазерное излучение, так как направленное движение фотонов осуществляется одновременно со свечением. При этом лазер необязательно видно в работе. В любом случае, все, что дает световой поток, можно назвать источником света. 

Виды и классификации источников света

Изначально для получения какого-либо источника света в качестве топлива использовалось сало, жир и, конечно же, дерево в виде дров. В 13 веке в Швейцарии появились первые лампы с фитилем, и только в 19 веке знаменитый ученый и изобретатель Томас Эдисон подари миру лампочку накаливания. 

Но, источниками света являются не только рукотворные изделия. К ним относятся все тела, которые излучают энергию и имеют определенные оптические параметры. Поэтому их можно разделить на две большие группы – естественные и искусственные. Кроме того, классификация также касается природы появления светового потока, ее источника, класс работы и прочие характеристики. 

Природные источники света

Естественные источники представляют собой обширную группу, которые существовали задолго до появления человека и «работают» по законам природы. К ним относятся:

• звезда Солнце;
• другие звезды, видимые на небе;
• кометы и метеориты;
• северное сияние;
• молния, гроза и другие явления, связанные с разрядами электричества в атмосфере;
• животные, растения и грибы, склонные к свечению;
• микроорганизмы, излучающие свет. 

Существуют также некоторые исключения из правил, которые также могут относиться к естественным источникам света. К примеру, спутник Земли Луна не является светящимся элементом, но, она так отражает световые потоки солнечного света, что является полноценным «светильником» в ночное время суток. 

Свет искусственного происхождения

К данной категории относятся источники техногенного характера, которые были изобретены человеком и есть устройствами с функцией включения и выключения. Они поддаются контролю и могут работать по разным принципам, используя несколько способов получения свечения. 

• Галогеновые лампы. Работают на основе инертного газа. Для продления срока службы нередко добавляется йод или бром. Стоит учесть, что температура реакции достаточно высокая, поэтому для таких ламп используется специальное кварцевое стекло, которое выдерживает данные параметры. 
• Лампы накаливания. Является первым источником света, который пользовался огромным спросом во всем мире. Принцип работы прост: в колбе с инертным газом расположена вольфрамовая нить, которая нагревается от электричества до нескольких тысяч градусов и образует свечение. Сейчас их используют все меньше из-за хрупкости и низким показателям энергоэффективности. 
• Люминесцентные лампы. Название происходит от вещества люминофора, которым покрыта внутренняя часть корпуса лампочки. Принцип работы базируется на образовании электрического разряда в среде инертного газа. Фотоны вступают в реакцию с люминофором, что позволяет получить поток со светом. 
• Газоразрядные лампы. Работают точно так же как и люминесцентные, только в смеси газов есть металлические пары. Чаще всего применяются на производства и для организации системы уличного освещения. 
• Лазеры. Ранее они не рассматривались как полноценный источник света из-за своей нестабильности и сложности в работе. Но, сейчас появились полупроводниковые малогабаритные решения, которые гораздо проще в применении и обладают высокими показателями безопасности эксплуатации. 

Самым современным, популярным и востребованным источником света полупроводникового типа есть светодиодная лампа. Диоды безопасные и экономные в эксплуатации, представлены большим ассортиментом решений с разными характеристиками, позволяют изменять силу и цвет светового потока без лишних усилий. Кроме того, они обладают длительным сроком службы (от 50 тыс. часов). Наиболее близкий вариант к природному свету. 

Классификация в зависимости от типа генерации света

Можно выделить три основных способа превращения электроэнергии в световой поток с определенными характеристиками. 

Тепловое излучение

Под действием тепловой энергии электрической сети осуществляется нагрев элемента (к примеру, вольфрамовой проволоки) до температуры 2 тыс. градусов и выше, при которой появляется свечение. При этом важно выбирать такие материалы, которые обладают высокой температурой плавления и способны выдержать такую нагрузку. К источникам света с термоизлучением относятся лампы накаливания, а также галогенные лампы, излучатели инфракрасного типа, модели с электрической дугой. 

Разряд газа

При определенном напряжении в среде с инертными газами и парами некоторых металлов возникает дуговой разряд, который в герметичной стеклянной колбе образует свечение. Данный тип реакции достаточно популярный, так как на нем работают натриевые, металлогалогенные, ртутные типы ламп. Но, он должен иметь определенный уровень защиты. 

Люминесценция

В закрытую систему закачиваются ртутные пары, которые под действием электрического тока образуют УФ-излучение. Частицы попадают на люминофор, который есть на стенках, что становится причиной появления видимого светового потока. Можно выделить следующие разновидности данного источника света:

• Электролюминесцентные. Работают на основе образования стабильного электрического поля. 
• Хемилюминесцентные. В основе появления свечения с необходимыми параметрами – химическая реакция. 
• Фотолюминесцентные. Фотоны становятся источником света в результате их внешнего облучения. 

Данная категория источников света есть одной из самых больших, и насчитывает десятки разновидностей. К самым популярным вариантам относятся ртутные лампы, модели с низким давлением, безлюминофорные изделия, трубки с тлеющим разрядом и прочие. 

Смешанные решения

Используются не слишком часто, так как принцип работы заключается в соединении реакции люминесценции и излучения теплового типа, что вызывает некоторые сложности в работе и обслуживании. 

Параметры источников света

Независимо от природы появления свечения, все искусственные источники света имеют определенные характеристики, которые определяют дальнейшую сферу применения, особенности использования, ограничения и прочие факторы. Кроме того, от этого зависит стоимость и внешний вид изделия. 

• Номинальное напряжение. Определяет, к какой сети необходимо осуществлять подключение с источником для стабильной работы устройства. 
• Мощность. Показывает, какие максимальные показатели способно выдать конкретное устройство. 
• Сила света. От величины данного параметра зависят показатели светового потока. 
• Световой поток в источниках. Определяет мощность излучения, которое ощущается человеческим глазом. От него зависит комфорт использования источника света и его функциональность. 
• Световая отдача. Также называется КПД источника света. Демонстрирует, сколько мощности было преобразовано в свет при оптимальных условиях работы. 
• Срок службы. Показывает, сколько часов может проработать устройство без необходимости обслуживания, ремонта или замены. 
• Цветовая температура. Чаще всего применяется для оценки качества внутреннего освещения. Демонстрирует, насколько цветовая гамма предметов под световым потоком соответствует реальности. 
• Яркость. Физически определяет количество фотонов света на один квадратный метр, на практике – демонстрирует освещенность и равномерность распределения потоков. 

Существует множество видов источников света. Каждый из них обладает своими параметрами и особенностями, позволяет решить ряд практических задач, выполняет важные функции. Чтобы выбранные устройства соответствовали заданным критериям, нужно выбирать их у профессионалов. Кроме того, для эффективности освещения и разработки плана необходимо выбирать между искусственными и природными источниками.

Автор: Никита Олейников