Izvori svjetlosti: vrste, glavna svojstva i primjena

Svjetlo (od latinskog jezika lucis) ili vidljivo svjetlo dio je spektra elektromagnetskog zračenja koje ljudsko oko opaža. Osnovna jedinica svjetla je foton. Elementarne čestice imaju određenu valnu duljinu, ovisno o izvoru svjetla koje ih je generiralo. Foton se pokorava zakonima kvantne mehanike iu različitim fizičkim uvjetima može se manifestirati ili kao čestica ili kao val.

Povijesni razvoj rasvjetnih uređaja

Prvi izvori vidljivog elektromagnetskog zračenja koje je čovječanstvo koristilo za svoje potrebe temeljili su se na spaljivanju gorivog goriva biljke (drva) ili životinjskog podrijetla (masti i masti).

Stari Grci i Rimljani po prvi su put počeli koristiti glinene i brončane posude u koje su smještene zapaljive tvari. Te su posude postale preteče suvremenih svjetiljki.

Krajem 18. stoljeća švicarski kemičar Argant izumio je svjetiljku s fitiljom u kojoj je kao gorivo korišten kerozin. Krajem 19. stoljeća Edison je patentirao žarulju sa žarnom niti. Nakon ovog izuma i zahvaljujući brzoj dinamici industrije, počinju se pojavljivati ​​mnogi drugi električni izvori zračenja.

Fizika izvora svjetlosti

Spektar zračenja, koji vidi ljudsko oko, leži unutar valnih duljina fotona od 400 nm do 700 nm. Izvor svjetla je fizički proces koji se javlja u atomu materije. Atom kao rezultat bilo kojeg djelovanja može primati energiju izvana, a dio te energije prenosi na svoj elektronički podsustav.

Energetske razine elektrona u atomu su diskretne, tj. Svaka od tih razina odgovara određenoj vrijednosti. Zbog energije dobivene izvana neki elektroni atoma mogu se prenijeti na energetske razine višeg reda, u ovom slučaju možemo govoriti o stanju pobuđenog elektrona. U tom stanju, elektroni su nestabilni i ponovno idu na razine s nižom energijom. Ovaj proces prati emisija fotona, što je svjetlost koju opažamo.

Toplinsko zračenje

Proces toplinskog zračenja je fizički proces u kojem se elektronički podsustav pobuđuje zbog prijenosa kinetičke energije iz atomskih jezgri u njega. Ako je predmet, kao što je metalna ploča, podvrgnut zagrijavanju na visokim temperaturama, on će početi svijetliti. U početku će vidljivo svjetlo imati crvenu boju, budući da je ovaj dio vidljivog spektra najmanje energetski. S povećanjem temperature metala, emitirat će bijelo-žuto svjetlo.

Imajte na umu da kada se metal zagrije, on najprije počinje emitirati infracrvene zrake koje osoba nije u stanju vidjeti, ali ih osjeća u obliku topline.

Luminiscentno zračenje

Ova vrsta zračenja događa se bez prethodnog zagrijavanja tijela i sastoji se od dva uzastopna fizikalna procesa:

1. Apsorpcija energije elektroničkim podsustavom i prijelaz tog podsustava u stanje pobuđenog energije.
2. Zračenje u rasponu svjetlosti povezano s povratkom elektroničkog podsustava u stanje energetskog napona.

Ako se oba stupnja odvijaju u vremenskom intervalu od nekoliko sekundi, tada se postupak naziva fluorescencija, na primjer, emisija TV zaslona nakon isključivanja je fluorescentna. Ako se obje faze procesa zračenja dogode u roku od nekoliko sati i dulje, tada se takvo zračenje naziva fosforescencijom, na primjer, sjajan sat u tamnoj sobi.

Klasifikacija izvora svjetlosti

Svi izvori elektromagnetskog zračenja vidljivi ljudskom oku, ovisno o njegovom porijeklu, mogu se podijeliti u dvije velike skupine:

1. Prirodni izvori. Oni zrače elektromagnetski valovi zbog prirodnih fizičkih i kemijskih procesa, primjerice, zvijezde, krijesnice i drugi su prirodni izvori svjetlosti. Oni mogu biti i živi i ne-živi objekti.
2. Umjetni izvori svjetlosti. Svoje podrijetlo duguju čovjeku, jer je on njegov izum.

Umjetni uređaji za vidljivo elektromagnetsko zračenje

S druge strane, umjetni izvori su sljedećih vrsta:

• Žarulje sa žarnom niti. Oni emitiraju svjetlo zbog zagrijavanja metalnog filamenta na temperaturu od nekoliko tisuća stupnjeva. Sama nit nalazi se u hermetički zatvorenoj staklenoj posudi koja je ispunjena inertnim plinom koji sprječava proces oksidacije niti.
• Halogene žarulje. Oni predstavljaju novu evolucijsku fazu žarulja sa žarnom niti u kojoj se halogeni plin, na primjer, jod ili brom, dodaje inertnom plinu u kojem se nalazi metalna nit. Ovaj plin ulazi kemijska ravnoteža s metalnim vlaknima, što je volfram, i omogućuje vam produljenje vijeka trajanja svjetiljke. Umjesto staklenog kućišta u halogenim svjetiljkama koristite kvarc, koji izdrži više temperature od stakla.
• Svjetiljke za pražnjenje. Ovaj tip izvora svjetlosti stvara vidljivo elektromagnetsko zračenje zbog električnih pražnjenja koje se javljaju u mješavini plinova i metalnih para.
• Fluorescentne svjetiljke. Ovi električni izvori svjetla proizvode zračenje zbog fluorescentnog premaza na unutrašnjosti tijela svjetiljke, koji je pobuđen ultraljubičastim zračenjem električnog pražnjenja.
• Izvori LED (iz engleskog. Light Emitting Diode). Ovaj tip izvora svjetlosti je dioda elektromagnetskog zračenja. Odlikuju ih jednostavnost uređaja i dugo trajanje. Također, njihove prednosti u odnosu na druge električne izvore svjetla su niska potrošnja energije i gotovo potpuno odsustvo toplinskog zračenja.

Izravno i neizravno zračenje

Izravni izvori svjetla su instrumenti, prirodna tijela i organizmi koji mogu neovisno emitirati elektromagnetske valove u vidljivom spektru. Izravni izvori uključuju zvijezde čija temperatura doseže desetke i stotine tisuća stupnjeva, vatru, žarulju sa žarnom niti, kao i moderne uređaje kao što su plazma TV ili monitor s tekućim kristalima, koji proizvodi radijaciju induciranu mikroelektričnim pražnjenjem.

Drugi primjer izravnih izvora prirodnog svjetla su životinje koje imaju bioluminiscenciju. Zračenje u ovom slučaju nastaje kao rezultat kemijskih procesa koji se javljaju u organizmu bića. To su krijesnice i stanovnici dubokog mora.

Neizravni izvori svjetla su tijela koja ne emitiraju nezavisno svjetlo, ali su sposobna da ga reflektiraju. U tom slučaju, refleksivnost svakog tijela ovisi o njegovom kemijskom sastavu i fizičkom stanju. Neizravni izvori su sveti samo zbog činjenice da su pod utjecajem izravnog elektromagnetskog zračenja. Ako neizravni izvor ne akumulira svjetlosnu energiju, onda kada prestane djelovati na svjetlo, prestaje biti vidljiv.

Primjeri neizravnog zračenja

Tradicionalni primjer takvih izvora svjetlosti je Zemljin satelit, Mjesec. Ovo nebesko tijelo se reflektira sunčevim zrakama koje padaju na njega. Kroz proces refleksije možemo vidjeti i Mjesec i objekte oko nas noću na mjesečini. Iz istog razloga, vidljiv u teleskopu planeta Sunčevog sustava, kao i naš planet - Zemlja (ako ga pogledate iz svemira).

Drugi primjer objekta neizravnog zračenja, koji reflektira zrake iz izvora svjetlosti, je osoba sama. Općenito, svaki objekt je izvor neizravnog zračenja, osim crne rupe. Gravitacijsko polje crnih rupa je toliko snažno da se čak ni svjetlo ne može iz njega izvući.

Glavne značajke uređaja

Glavne karakteristike izvora svjetlosti su sljedeće:

• Svjetlosni tok. Fizička količina koja karakterizira količinu svjetlosti koju emitira izvor u sekundi u svim smjerovima. Jedinica za mjerenje svjetlosnog toka je lumen.
• Intenzitet zračenja. U nekim slučajevima potrebno je znati raspodjelu svjetlosnog toka oko njegovog izvora. Upravo ta distribucija opisuje tu karakteristiku, koja se mjeri u kandeli.
• Osvjetljenje. Mjeri se u luksima i predstavlja omjer svjetlosnog toka prema njemu. Ta je značajka važna za udobno izvođenje pojedinih vrsta radova. Na primjer, prema međunarodnim standardima, osvjetljenje u kuhinji bi trebalo biti oko 200 luksa, a 500 luksa je već potrebno za proučavanje.
• Učinkovitost zračenja. To je važna karakteristika bilo koje električne žarulje, budući da opisuje odnos svjetlosnog toka koji stvara ovaj uređaj sa snagom koju troši. Što je veći taj omjer, ekonomičnije je uzeti u obzir svjetiljku.
• Indeks reprodukcije boja. Pokazuje koliko točno lampica reproducira boje. Za kvalitetne svjetiljke, ovaj indeks je u području od 100.
• Temperatura boje. To je mjera "bjeline" svjetlosti. Prema tome, svjetlo s prevladavajućim crveno-žutim bojama smatra se toplim i ima temperaturu boje manju od 3000 K, hladno svjetlo ima plave boje i karakterizirano je temperaturom boje iznad 6000 K.

Korištenje umjetnih izvora vidljivog zračenja

Svaki umjetni izvor elektromagnetskog zračenja određene vrste koristi osoba u određenom području djelovanja. Područja primjene svjetlosnih izvora su sljedeća:

• Žarulje sa žarnom niti nastavljaju biti glavni izvor sobne rasvjete zbog niske cijene i dobrog indeksa reprodukcije boja. Međutim, ove žarulje postupno zamjenjuju halogene žarulje.
• Halogene žarulje zamišljene su kao električni uređaji koji su trebali zamijeniti učinkovitost žarulja. Trenutno se koriste u automobilima.
• Fluorescentni izvori svjetlosti uglavnom se koriste za osvjetljavanje ureda i drugih uredskih prostora zbog njihove raznolikosti oblika i emisije difuznog i jednoličnog svjetla. Učinkovitost zračenja ovog tipa svjetiljki povećava se s povećanjem njihove duljine i promjera.

Važnost prirodnog svjetla za ljudsko zdravlje

Za sve organizme koji žive na planeti Zemlji, rotacija našeg planeta i učestalost dana i noći važni su procesi za normalan život i biološki ciklus. Štoviše, da bi bila zdrava, većini živih bića treba izravno sunčevo zračenje.

Ako govorimo o osobi, onda nedostatak sunčeve svjetlosti dovodi do razvoja depresije, kao i nedostatka vitamina D, budući da ten dobiven od strane osobe omogućuje tijelu da apsorbira taj vitamin s većom lakoćom.

Rezultati jedne studije pokazali su da osoba koja je dovoljno izložena izravnoj sunčevoj svjetlosti može smanjiti i ublažiti neke simptome određenih bolesti. Osobito su problemi povezani s depresijom potpuno ili djelomično nestali u 20% bolesnika. Naravno, samo sunčevo svjetlo nije lijek za depresiju, ali je sastavni dio sveobuhvatnog liječenja.