Světelné zdroje: typy, hlavní charakteristiky a aplikace

Světlo (z latinského jazyka lucis) nebo viditelné světlo je součástí spektra elektromagnetického záření, které vnímá lidské oko. Základní jednotka světla je foton. Elementární částice mají specifickou vlnovou délku v závislosti na světelném zdroji, který je generoval. Foton dodržuje zákony kvantové mechaniky a v různých fyzikálních podmínkách se může projevovat buď jako částice, nebo jako vlna.

Historický vývoj osvětlovacích zařízení

První zdroje viditelného elektromagnetického záření, které lidstvo využívalo pro své potřeby, bylo založeno na spalování hořlavého palivového dřeva nebo živočišného původu (tuku a tuku).

Starověcí Řekové a Římané poprvé začali používat hliněné a bronzové nádoby, do kterých byly umístěny hořlavé látky. Tato plavidla se stala předchůdce moderních lamp.

Na konci 18. století vynalezl švýcarský chemik Argant knotovou lampu, ve které byl jako palivo použit kerosen. Na konci 19. století Edison patentoval žárovku žárovky. Po tomto vynálezu a díky rychlé dynamice průmyslu se objevuje řada dalších elektrických zdrojů záření.

Fyzika světelného zdroje

Spektrum záření, které vidí lidské oko, leží uvnitř vlnových délek fotonů od 400 nm do 700 nm. Zdroj světla je fyzický proces, který se vyskytuje v atomu hmoty. Atom v důsledku jakékoliv akce lze získat energii zvenčí, přenáší část této energie do svého elektronického subsystému.

Energetické úrovně elektronu v atomu jsou diskrétní, to znamená, že každá z těchto úrovní odpovídá určité hodnotě. Kvůli energii přijaté zvenčí mohou některé elektrony atomu přenášet na vyšší energetické úrovně, v tomto případě můžeme mluvit o stavu excitovaného elektronu. V tomto stavu jsou elektrony nestabilní a opět se dostanou na úroveň s nižší energií. Tento proces je doprovázen emisí fotonů, což je světlo, které vnímáme.

Tepelné záření

Proces tepelného záření je fyzický proces, při kterém je elektronický subsystém vzrušen kvůli přenosu kinetické energie z atomových jader. Pokud je předmět, například kovová deska, vystaven ohřevu vysokým teplotám, začne svítit. Nejprve viditelné světlo bude mít červenou barvu, protože tato část viditelného spektra je nejméně energetická. S rostoucí teplotou kovu vyzařuje bílo-žluté světlo.

Mějte na paměti, že když se kov ohřívá, nejprve začne vydávat infračervené paprsky které člověk není schopen vidět, ale cítí je ve formě tepla.

Luminiscenční záření

Tento typ záření nastává bez předhřívání těla a sestává ze dvou po sobě jdoucích fyzických procesů:

1. Absorpce energie elektronickým subsystémem a přechod tohoto subsystému do stavu excitované energie.
2. Záření ve světelném rozsahu spojeném s návratem elektronického subsystému do stavu zemské energie.

Pokud se obě fáze objevují v časovém intervalu několika sekund, pak se proces nazývá fluorescencí, například emise televizní obrazovky po vypnutí je fluorescenční. Pokud se obě stadia radiačního procesu vyskytnou během několika hodin a déle, pak se takové záření nazývá fosforescence, například zářící hodiny v tmavé místnosti.

Klasifikace světelného zdroje

Všechny zdroje elektromagnetického záření viditelné lidskému oku, v závislosti na jeho původu, lze rozdělit do dvou velkých skupin:

1. Přírodní zdroje. Vyzařují elektromagnetické vlny díky přírodním fyzikálním a chemickým procesům jsou například hvězdy, světlice a jiné přírodní zdroje světla. Mohou být jak živé, tak i neživé objekty.
2. Umělé světelné zdroje. Dluží svůj původ člověku, protože jsou jeho vynálezem.

Umělé přístroje pro viditelné elektromagnetické záření

Umělé zdroje jsou zase následující typy:

• Žárovky žárovky. Vyzařují světlo kvůli zahřívání kovového vlákna na teplotu několik tisíc stupňů. Samotné vlákno je ve vzduchotěsné skleněné nádobě, která je naplněna inertním plynem, který zabraňuje procesu oxidace vlákna.
• Halogenové žárovky. Představují nový vývojový stupeň žhavých lamp, ve kterých se do inertního plynu, v němž se nachází kovové vlákno, přidává halogenový plyn, například jod nebo brom. Tento plyn vstupuje chemická rovnováha s kovovými vlákny, což je wolfram a umožňuje prodloužit životnost lampy. Místo skleněného pouzdra v halogenových žárovkách používejte křemen, který odolává vyšším teplotám než sklo.
• Výbojky. Tento typ zdroje světla vytváří viditelné elektromagnetické záření způsobené elektrickými výboji, ke kterým dochází ve směsi plynů a kovových par.
• Zářivky. Tyto elektrické zdroje světla vytvářejí záření vlivem fluorescenčního povlaku na vnitřní straně tělesa lampy, který je vyvoláván ultrafialovým zářením elektrického výboje.
• Zdroje LED (z anglické diody vyzařující světlo). Tento typ zdroje světla je diodovým zdrojem elektromagnetického záření. Vyznačují se jednoduchostí zařízení a dlouhou dobou trvání. Také jejich výhody oproti jiným elektrickým zdrojům světla jsou nízká spotřeba energie a téměř úplná absence tepelného záření.

Přímé a nepřímé záření

Přímými zdroji světla jsou přístroje, přírodní orgány a organismy, které mohou nezávisle vysílat elektromagnetické vlny ve viditelném spektru. Přímé zdroje zahrnují hvězdy, jejichž teplota dosahuje desítek a stovek tisíc stupňů, oheň, žárovka, stejně jako moderní zařízení, jako je plazmový televizor nebo počítačový monitor z tekutých krystalů, který produkuje záření indukované mikroelektrickým výbojem.

Dalším příkladem přírodního zdroje přírodního světla jsou zvířata, která mají bioluminiscenci. Radiace se v tomto případě vyskytují v důsledku chemických procesů, které se vyskytují v organismu bytostí. Mezi ně patří světlovody a někteří obyvatelé hlubokého moře.

Nepřímé zdroje světla jsou těla, která nezávisle nevyzařují světlo, ale jsou schopni to odrážet. V tomto případě závisí odrazivost každého těla na jeho chemickém složení a fyzickém stavu. Nepřímé zdroje jsou posvátné pouze kvůli tomu, že jsou pod vlivem přímého elektromagnetického záření. Pokud nepřímý zdroj neshromažďuje světelnou energii, pak když přestane působit na světlo, přestane být vidět.

Příklady nepřímého záření

Tradiční příklad světelných zdrojů tohoto druhu je družice Země, Měsíc. Toto nebeské tělo se odráží v slunečních paprscích, které na něj spadají. Prostřednictvím procesu reflexe vidíme jak měsíc samotný, tak předměty kolem nás v noci v měsíčním světle. Ze stejného důvodu, který je viditelný v dalekohledu planety sluneční soustavy, stejně jako naše planety - Země (pokud se na to podíváte z vesmíru).

Dalším příkladem objektu nepřímého záření, který odráží paprsky ze zdroje světla, je samotná osoba. Obecně je každý objekt zdrojem nepřímého záření, s výjimkou černé díry. Gravitační pole černých děr je tak silné, že ani světlo se z něho nemůže dostat.

Hlavní charakteristiky zařízení

Hlavní charakteristiky světelných zdrojů jsou následující:

• Světelný tok. Fyzické množství, které charakterizuje množství světla vyzařovaného zdrojem za sekundu ve všech směrech. Jednotka měření světelného toku je lumen.
• Intenzita záření. V některých případech je nutné znát rozložení světelného toku kolem jeho zdroje. Toto rozdělení popisuje tuto charakteristiku, která se měří v kandela.
• Osvětlení. Měří se v luxu a představuje poměr světelného toku k oblasti, která je osvětlena. Tato charakteristika je důležitá pro pohodlný výkon některých typů práce. Například podle mezinárodních norem by osvětlení v kuchyni mělo být asi 200 luxů a 500 lux je již zapotřebí ke studiu.
• Účinnost záření. Je to důležitá vlastnost každé elektrické lampy, neboť popisuje poměr světelného toku vytvořeného tímto zařízením k výkonu, který spotřebovává. Čím je tento poměr vyšší, tím je úspornější, že lampa je brána v úvahu.
• Index vykreslování barev. Indikuje, jak přesně lampa reprodukuje barvy. Pro kvalitní svítidla je tento index v rozmezí 100.
• Teplota barvy. Je to míra "bělosti" světla. Takže světlo s převládajícími červeno-žlutými barvami je považováno za teplé a má teplotu barev nižší než 3000 K, studené světlo má modré barvy a vyznačuje se barevnou teplotou nad 6000 K.

Použití umělých zdrojů viditelného záření

Každý umělý zdroj elektromagnetického záření určitého typu používá člověk v určité oblasti činnosti. Oblasti použití pro světelné zdroje jsou následující:

• Žárovky žárovky jsou i nadále hlavními zdroji osvětlení místností kvůli nízké ceně a dobrému indexu barevného vykreslování. Tyto lampy však postupně nahrazují halogenové žárovky.
• Halogenové žárovky byly koncipovány jako elektrické spotřebiče, které měly zvýšit účinnost žárovek tím, že je nahrazují. V současné době se používají v autě.
• Zdroje fluorescenčního světla se používají hlavně k osvětlování kanceláří a dalších kancelářských prostor díky různorodému tvaru a emisi difúzního a jednotného světla. Radiační účinnost tohoto typu svítidel se zvyšuje se zvětšením jejich délky a průměru.

Význam přirozeného světla pro lidské zdraví

Pro všechny organismy, které žijí na planetě Zemi, jsou rotace naší planety a frekvence dne a noci důležité procesy pro normální život a biologický cyklus. Kromě toho, aby bylo zdravé, většina živých bytostí potřebuje přímé sluneční záření.

Když hovoříme o nějaké osobě, nedostatek slunečního světla vede k rozvoji deprese, stejně jako nedostatek vitaminu D, protože opálení získané člověkem umožňuje tělu absorbovat tento vitamín snadněji.

Výsledky jedné studie ukázaly, že osoba, která je dostatečně vystavena přímému slunečnímu záření, může snížit a zmírnit některé příznaky určitých onemocnění. Zejména problémy spojené s depresí úplně nebo částečně zmizely u 20% pacientů. Samozřejmě, samotné sluneční světlo není lékem na depresi, ale je nedílnou součástí komplexní léčby.