Осветление и светлина – от Яблочков до днес. Светлина и свойства на светлината. (1)

Светлината вдъхновява. Светлината дава живот. Осветлението създава светове и реалности.

Тук ще разгледам някои важни дефиниции свързани с понятието светлина. И ще започна от там, че основните свойства на изкуствените източници на светлина, в общи линии  са:

СПЕКТЪР, ИНТЕНЗИТЕТ И ЕНЕРГИЯ, РАЗПОСТРАНЕНИЕ, КОНСИСТЕНЦИЯ, ФОРМА

Други характеристики са: ВИД И МОНТАЖ, ДЪЛГОЛЕТИЕ И НАДЕЖДНОСТ,МАТЕРИАЛИ И РАЗХОДИ.

По-долу ще видите, че е важно да се разберем, че новите технологии не винаги превъзхождат старите  в света на светлината. Понякога новите интелигентни начини за използване на стари технологии са за предпочитане. Тоест,  важно е да изберем правилната лампа със съответните характеристики,  в зависимост от предназначението и мястото където ще бъде монтирана.

Двете основни  свойства на светлината, които всъщност имат и най-голямо значение са:

интензитет и спектър

Тези две свойства определят и характеризират светлината, която  ни интересува при избор на осветителни тела и технологии за използване на осветление на закрито, както и за други приложения.

ИНТЕНЗИТЕТ НА СВЕТЛИНАТА

Най-общо казано,това е количество на излъчваната светлина. Светлината, се определя като част от електромагнитния спектър, който може да се види от човека, и е част от тази енергия.

Интензитетът на светлината, се измерва  в Лумени(Lm) и Луксове(Lux). Обикновенно, върху опаковките на лампи и крушки интензитетът се означава в Лумени.

СПЕКТЪР

Спектърът на светлината съдържа набор от дължини на вълните – енергия под формата на електроматнитни вълни. Слънчевата светлина съдържа „целия видим за човешкото око спектър“, но също така включва инфрачервена, ултравиолетова, радиовълни, рентгенови  лъчи и други невидими за човек вълни. Човешкото око възприема  светлината между 400(виолетово) и 700 (червено) нанометра. Светлина с дължина на вълните под 400 нанометра се нарича ултравиолетова светлина, а тази с над 650 нанометра – инфрачервена светлина. Тези светлини са невидими за човешкото око.  Въпреки, че слънчевата светлина съдържа пълния спектър на видимата светлина, не съдържа еднакво количество от нея за всички дължини на вълните. По-долу, диаграмата показва съотношението на спектъра и интензитета за пряката слънчева светлина.

Спектър на светлината

Кривата на тази схема се нарича „спектър крива“. Тя съответства на възприемането на слънчевата светлина като „топла“ светлина, тъй като има по-голям интензитет в червения спектър, отколкото в други. Диаграмата показва светлината, получена от Земята под атмосферно ниво, но не непременно това, което достига точно до вашето местоположение. Светлината се филтрира през различните слоеве на атмосферата, преди да достигне до Земята. Спектърът варира според местоположението и в зависимост от атмосферните условия.

В облачни дни, когато облаците филтрират определени дължини на вълните от слънчевата светлина, спектърът изглежда различно. Интензитета на светлината за тази част от спектъра е по-равномерен, което увеличава способността ни да възприемаме цветовете неутрално. Това е важно, например, ако искате да прецените правилно цвета, в който ще решите как да оцветите дадена част от дома си. В облачни дни, когато няма пряка слънчева светлина,  може да видите цветовете по-добре и заради по-малкото отблясъци. Под „дневна светлина“ ние обикновенно разбираме директната светлина от слънцето, също и светлината, която е разпръсната в атмосферата косвено. Косвената светлина ни дава възможност да виждаме в райони, където няма пряка слънчева светлина. Можем да виждаме и подскачащите отблясъци от светлина на различни разстояния от съседни повърхности.

ЕНЕРГИЯ

Електромагнитните вълни са форма на енергия. Радиацията в инфрачервените и ултравиолетовите диапазони също съдържа енергия, и както вече споменах, ние не можем да я възприемаме с очите. Инфрачервения спектър се възприема като топлина, а ултравиолетовия като невидима радиация, която може да увреди нашето здраве (UV радиация), но се използва за някои полезни цели, например за навигация на пчелите. Ние не разбираме напълно всички последици и значения  на електромагнитния спектър за биологичния живот. Но знаем, че е от жизненоважно значение за почти всички живи същества, и че животът на Земята се развива и зависи от спектъра на нашето слънце.
ЛЮБОПИТНО 
Всъщност май се оказва, че колкото повече неща откриват учените, толкова повече нови загатки изникват пред тях. Което всъщност е повече от очарователно!
И ето, че се изправяме пред следния факт:  Разбирайки, че видимата светлина е само малка част от електромагнитния спектър, осъзнаваме колко е важно да изберем правилния светлинен източник, които да бъде и енергийно ефективен.

Диаграма на електромагнитния спектър

ТИП НА СВЕТЛИНАТА

Определя се от технологията, използвана за производство на светлина.  Най-често срещаните видове изкуствена светлина в приложения за битово осветление, са лампи с нажежаема жичка, халогени, компактни флуоресцентни лампи, LED и няколко вида газоразрядни лампи.

Лампи с нажежаема жичка – електрическата крушка

Лампи с нажежаема жичка осветяват нашите домове в продължение на много години. Има няколко изобретатели на лампи с нажежаема жичка, но ние свързваме това изобретение с Томас Едисон, който през 1880 г. е изобретил дълготрайната волфрамова жичка. На нас ни е позната стандартната електрическа крушка, но лампи с нажежаема жичка съществуват в широк спектър от форми, цветове, напрежения и приложения. За съжаление са с изключително ниска енергийната ефективност и кратка продължителност на живота.
ЛЮБОПИТНО
Томас Едисон е велик изобретател и неговата гениалност е родила фоногръфът (уредът, предвестник на грамофона), първата в света електроцентрала, желязно-никеловите акумолатори, диктофона (апарта за записване на телефонен разговор), производството на цимент. Той открива и отделянето на електроните от нагретите метални жички. Това явление е основа на всички съвременни термоелектронни уреди. Още, т.нар. Едисонов акумулатор, с помощта на който се движат трамвай, тролеи, влакове.
Още преди Едисон да изобрети електрическата крушка,  Павел Яблочков се възхищава на Ломоносовата теория за полярните сияния и вече знае, че електричеството ще стане всеобщо средство за осветление. И стига до гениално решение вдъхновен от електрическата дъга. Вместо да постави въглените  един срещу друг, той ги поставя паралелно един на друг, като ги разделя със слой каолин. Каолинът е изключително лош проводник на ток. По тоя начин той ги изолира един от друг. Така става възможно да се прокара през тях електрически ток и да заблести дъгата с ослепителната си светлина. Постепенното горене на въглените се съпровожда със стопяването и изпарението на каолина, тъй като топлината на електрическата дъга е извънредно голяма. Идеята е гениална, въпреки че в ония времена изобретенията на голяма част от великите хора се приемат с насмешка. „Електрическите свещи” на Яблочков имат живот около час и половина, но в далечната 1876г. предизвикват сензация и възхищение. Париж в тези години блести. Триумфалната арка е окъпана от електрическата свещ на изобретателя. Тя осветява улиците и театрите на Париж, старинните стени около Колизея в Рим, площадите и улиците в Лондон, Метрополиса в Ню Йорк. Какво още – Яблочков въвежда в практиката еднофазния променлив ток, разработва метод за делене на електрическата енергия, за пръв път прилага галванически елементи с алкални електролити – химически източници на ток… Отклоних се доста, но се надявам моето любопитство да събуди вашето такова…:)
И така… Лампите с нажежаема жичка произвеждат светлина когато електрически ток преминава директно през много тънка нажежаема жичка от волфрам,която се нагрява до много висока температура.  Жичката е поставена в стъклена камера във вакум. Стъклената камера предпазва спиралата от влизане в контакт с въздуха и окисляване. Ако спиралата влезне в контакт с въздуха, тя ще изгори за секунди.

Крушките с нажежаема жичка са евтини и достъпни, имат много добър спектър и цветопредаване, но произвеждат много топлина, и следователно са силно енергийно неефективни. Те имат много кратък живот, и трябва да бъдат заменяни често.

Вече излизат от употреба и все повече хора се ориентират към енергийно ефективни източници на осветление.

ХАЛОГЕННИ ЛАМПИ

Халогенните лампи съдържат газ, който е затворен в камера. Този газ не позволява на жичката да изгори. Газовата камера е запълнена с халогенен газ, което позволява работа при по-високи температури и по-дълъг живот в сравнение с лампи и крушки с нажежаема жичка. Респективно те са и с по-висока производителност.

Имат отлично цветопредаване и широк спектър на светлина, могат да се произвеждат в различни и доста специфични модели и форми, евтини са. Имат приложение в жилища, офиси, в промишлеността, автомобилостроене и т.н.

КОМПАКТНИ ФЛУОРЕСЦЕНТНИ ЛАМПИ (CFL)

Известни са като енергоспестяващи крушки. Те се състоят от изпълнена с газ тръба и „баласт“, който се състои най-вече от електрони, който пречи на лампата да изгори. Флуоресцентните лампи пестят енергия чрез излъчване на светлина само на някои от пиковите дължини на вълните, и почти няма инфрачервен спектър.  Характеризират се със сравнително лошо цветопредаване  и скромен спектър на предаваната светлина. Разбира се, има и модели със добро цветопредаване, имащи живот  до около 10 000 часа, но и те не са достатъчно надеждни.

Тъй като цените на този тип лампи са сравнително рентабилни, те се използват доста.

Един от характерните недостатъци е трептенето на светлината. Днес се използват електронни дросели, които спомагат трептенето да не е забележимо с човешкото око, като честотата на трептене е много висока  – над 35 000 херца и донякъде решават този проблем. Друг недостатък е, че газта вътре в лампата трябва да загрее за да светне с пълния си интензитет.

CFL – лампи

Почти всички CFL – лампи съдържат живак и следователно са опасни за домакинствата и са вредни за околната среда, ако не се рециклират правилно. Внимавайте да не счупите такава лампа! Рециклираите ги правилно като ги изхвърляте на предвидените места!

И така…стигнахме до

СВЕТОДИОДНИ (LED) ЛАМПИ И КРУШКИ

Продължение …