В давние времена человечество думало, что мы можем видеть благодаря лучам-щупальцам, которые выходят из глаз, как бы пробуя на ощупь предметы. Кажется, нелепо и смешно. Но на самом деле, Откуда он исходит? Различают естественные источники света и искусственные. Современные представления гласят, что свет - это электромагнитные волны или поток фотонов. На самом деле свет является излучением, но той его части, которая может восприниматься глазом. Именно поэтому его называют При распространении света обнаруживаются его волновые качества. О которых поговорим ниже.
Свет
Что же это такое? Прямо скажем, это электромагнитная волна. Она воспринимается глазами человека. Правда, существуют границы восприятия - от 380 до 780 нм. При более низких показателях идет поток ультрафиолета, который человек видеть не может, зато ощущает. На коже он проявляется как загар. Существует также инфракрасное излучение, которое способны видеть только некоторые живые организмы, а людьми это воспринимается как тепло.
Свет бывает разного цвета. Если вспомнить радугу, она является обладательницей семи цветов. Присутствующий в ней фиолетовый цвет образуется пучком длины волн 380 нм, красный - 625, а вот зеленый - 500, больше чем фиолетовый, но меньше чем красный. От многих искусственных источников света исходят белого цвета волны. Белый свет происходит, когда смешиваются все остальные основные цвета - это красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.
Свойства
Благодаря опытам удалось установить, что свет имеет электромагнитную природу. Проще говоря, свет - это электромагнитное излучение, которое можно увидеть.
Свет может похвастаться тем, что имеет способность проходить через прозрачные вещества и тела. Благодаря этому солнечный свет через атмосферу легко проникает на землю. Но при этом он преломляется. Когда на пути света встречается непрозрачное тело или предмет, то свет отражается от них. Таким образом мы принимаем отраженный цвет глазом и видим не только цвет, но и форму.
Определенная часть света поглощается предметами, и они нагреваются. Светлые предметы нагреваются не так сильно, как темные, так как поглощают больше света, а отражается меньше. Именно поэтому они выглядят темными. Львиная часть информации о том, что нас окружает, поступает именно через зрение. Благодаря ему мы все анализируем. Хорошее зрение и высокий уровень работоспособности очень связаны с освещением.
Источники
Тела, от которых исходит свет, и являются источниками света. Существуют естественные и искусственные источники света. Самый популярный и жизненно необходимый естественный источник света - Солнце, а именно солнечная радиация - лучистый поток звезды, который достигает поверхности нашей планеты в виде прямого и рассеянного света. В естественном свете, а если быть точнее в его спектре, находятся ультрафиолетовые лучи, которые просто необходимы для человека. Диффузность - вот характерная черта естественного освещения. Это благоприятно для зрения. После того как мы разобрались со многими понятиями, можно приступить к объяснению что же это такое - искусственные и естественные источники света.
Искусственные источники
До конца 19 века единственным являлся огонь, во всех его интерпретациях. Позже активно стартовало бурное развитие электрических источников света. За почти 130 лет их существования огонь был практически полностью вытеснен - появились керосиновые лампы, свечи. Они и теперь используются, когда случается авария на станции, когда внезапно пропадает освещение, для романтического вечера, для создания соответствующей обстановки. В турпоходах, когда разрядились фонарики, используют Для более обширного освещения можно развести костер.
Костер - искусственный или естественный источник света? Следует разобраться. Пламя сгорающих сухих сучьев, а также пламя свечи, газовой горелки и так далее - это искусственные источники. Хотелось бы отметить одну особенность. Искусственными источниками света могут управлять люди.
Рассудим так: в принципе, костер горит самостоятельно, отдавая еще и тепло. Возле него можно греться, видеть в темное время суток друзей, сидящих напротив и поющих под гитару. Вроде костер — это естественный источник света. Он дает свой неотраженный свет, как Луна. Но тут начинает костер гаснуть, появляется необходимость подкинуть дров. Чем больше дров, тем больше пламя. Значит, им можно управлять. Более того, изначально костер создали сами туристы. А искусственными источниками называются те, что создал человек. Отсюда напрашивается вывод: костер - это всё-таки искусственный источник света.
Искусственным также являются технические устройства, самого разнообразного строения. Это лампы накаливания, прожекторы, электрические светильники и прочее. Существуют тела, которые не могут излучать самостоятельно, а источают отраженный свет, например, Луна.
Более детально рассмотрим, какие источники света являются естественными.
Естественные источники
Все объекты, от которых струится природный свет, следует отнести к натуральным источникам. Они и есть естественные источники света. Неважно, какое идет испускание волн, как основное или вторичное свойство. Природные источники света играют огромную роль в жизни всех живых организмов. Природные источники в природе не контролируются человеком:
- Солнечный свет.
- Огонь, естественный источник света.
- Свет звезд.
- Свечение разнообразных животных и растительных организмов.
И это далеко не весь список. Можно перечислить еще естественные источники света. Примеры: Солнце, палящее июльским днем, звезды, которые можно наблюдать ночью и складывать их в причудливые созвездия, молния, разрывающая рыхлые облака, комета с роскошным хвостом или полярное сияние, переливающиеся и вызывающее восхищение. Естественным светом можно считать поблескивающих в траве, как маленькие крупинки золота, насекомых и некоторые виды рыб, важно плывущие почти на морском дне.
Межзвездный газ
Разряженная газовая среда заполняет пространство между звездами. Газ прозрачен. Основная часть межзвёздного газа наблюдается ближе к плоскости Галактики. Этот слой имеет толщину много сотен парсек. Химический состав похож на большинство звезд - это водород, гелий и немного тяжелых частиц. Газ находится в атомном, молекулярном и ионизированном виде, все зависит от плотности и температуры. Газ поглощает а они взамен отдают ему имеющуюся энергию. Ультрафиолетовое излучение, исходящее от горячих звезд, начинает нагревать газ. Затем сам газ начинает излучать свет. Человек наблюдает его как светлую туманность.
Биолюминесценция
Хитрое слово обозначает умение живых организмов светиться. Это умение достигнуто самостоятельно либо при помощи симбионтов. Греческое слово «биос» означает жизнь. А латинское «люмен» - свет. Такой талант, как создание света, принадлежит не каждому. Для этого необходимы специально светящиеся органы и обладание более развитым организмом. Например, в фотофорах рыб, в особых органоидах у одноклеточных эукариот, в цитоплазме у бактерий. Вспомним о светлячках и кое-каких водных организмах, которые обитают на дне океанов (глубоководная каракатица, радиолярия). Биолюминесценция — это продукт химических процессов, энергия, которая освобождается, при этом начинает выделяться в виде света. Другими словами, это специальный вид хемилюминесценции.
Радиолюминесценция
Этот процесс вызван влиянием ионизирующего излучения. Такие химические соединения, которые излучают гамма- и рентгеновские лучи, альфа-, бета-частицы, употребляют для появления радиолюминесцентного слоя в некоторых веществах. Например, красители, которые состоят из смеси сульфида цинка и вещества-источника ионизирующей радиации, излучают свет длительный период времени. Этот период измеряется годами и даже десятилетиями. Такие вещества нашли широкое применение в специальных красках. Ими покрывали циферблаты часов, приборов.
Распространение света
Свет не имеет способности огибать препятствия, которые встречает на своем пути. Он распространяется прямолинейно. И никак иначе. Поэтому за предметом, который не обладает прозрачными свойствами, образуется тень. Не всегда тень бывает черной. Так как туда попадают рассеянные и отраженные лучи света, которые исходят от других предметов. Особенно хорошо это знают художники.
Лучи света не способны пройти сквозь темную преграду. Например, если Луна оказывается между Солнцем и Землей, отсюда и возникают солнечные затмения.
Источники света. «Горячие» и «холодные»
Рассмотрим естественные источники света. Примеры теплых источников - это Солнце. Оно является не только основным источником света, но и тепла. Поэтому в понимании человечества свет - значит тепло. Раскаленная лава, которая быстро стремится вниз по склону вулкана, тоже выделяет огромное количества тепла, но света несколько меньше.
«Холодный» свет в своей жизни каждый встречал. Это светлячки, гнилушки. Но тела обладателей такого света не нагреваются.
Точечный источник света
При изучении световых явлений появилось понятие «точечный источник света». Не является открытием то, что все источники света имеют свой размер. Естественным источником света является звезда. Солнце - это желтый карлик. Есть звезды гораздо габаритнее, но воспринимаются людьми как точечные источники света, ведь они находятся на громаднейшем расстоянии от нашей планеты.
В заключение хотелось бы отметить еще естественные источники света в нашем бренном существовании - это радость и счастье! Пусть они никогда вас не покидают и освещают ваш жизненный путь.
Для искусственного освещения применяются различные источники света. По роду питающей их энергии различают электрические и неэлектрические источники света, по способу получения излучения — температурные и люминесцентные. Электрические источники света завоевали всеобщее признание. Преимущества электрических источников света перед неэлектрическими заключаются прежде всего в том, что они гораздо гигиеничнее последних, имеют несравненно большую световую отдачу (силу света и яркость), а также надежны в эксплуатации и обеспечивают возможность устройства гигиенически рационального освещения.
Электрические источники света по виду излучения подразделяются на три группы: а) лампы накаливания; б) газоразрядные лампы; в) смешанные источники света, совмещающие различные виды излучения (так, например, лампа солнечного света и др.).
В современных, наиболее совершенных лампах накаливания для повышения их экономичности применяется биспиральная нить накаливания, а колбы наполняют смесью малотеплопроводных газов — криптоном и ксеноном. С целью уменьшения яркости нити накаливания и приближения спектра излучения к дневному в первом случае изготовляют лампы с колбами либо из матового и молочного стекла, либо с колбами из светло-голубого стекла. Такие лампы имеют ряд гигиенических преимуществ по сравнению с лампами, имеющими колбы из прозрачного бесцветного стекла.
В газоразрядных лампах используют излучение газов или паров металла, возникающее под действием проходящего через них электрического тока. Для общего освещения линейный спектр большинства газоразрядных ламп является недостатком, так как при таком освещении происходит искажение цвета предметов. Применение люминофоров в сочетании с газовым разрядом позволило создать источники света, дающие излучение с почти непрерывным спектром любого состава, обладающие при этом высокой световой отдачей. Особенно широкое распространение получили осветительные люминесцентные лампы, дающие свет, близкий к белому, или дневному.
Люминесцентные лампы представляют собой цилиндрические стеклянные трубки, вн утренняя поверхность которых покрыта тонким равномерным слоем люминофора. В оба конца трубки впаяны электроды. В лампу вводят капельку ртути и инертный газ при давлении в несколько миллиметров ртутного столба.
Таким образом, современные люминесцентные лампы представляют собой газоразрядные ртутные лампы низкого давления, в которых ультрафиолетовое излучение, возникающее при прохождении электрического тока через пары ртути, превращается при помощи светосоставов (люминофоров), нанесенных на внутреннюю поверхность колбы, в видимое излучение. Применяя различные люминофоры или их смеси, получают лампы с излучением любого спектрального состава.
В настоящее время выпускают четыре основных типа ламп, отличающихся по цвету излучения:
- лампы дневного света (ДС);
- лампы холодно-белого света (ХБС);
- лампы белого света (БС);
- лампы тепло-белого света (ТБС).
На рис. 124 даны спектральные характеристики этих типов ламп.
Рис. 124. Спектральные характеристики люминесцентных ламп типа ДС, ХБС, БС, ТБС.
В люминесцентных лампах в среднем 20% потребляемой энергии превращается в видимое излучение. Это в 2-2,5 раза больше, чем в лампах накаливания. Световая отдача люминесцентных ламп дневного света составляет от 33 до 42,5 лм/вт, а люминесцентных ламп белого света она еще выше — до 52,5 лм/вт, т. е. в 3-3,5 раза выше, чем в лампах накаливания. Характерным для всех упомянутых выше ламп является недостаточное излучение в красной части спектра.
Яркость трубки люминесцентных ламп, дающих свет, близкий к белому или дневному, составляет от 3000 до 9000 нт. Особенностью люминесцентных ламп является возможность получения спектра излучения, близкого к спектру дневного света. Это новое качество важно в гигиеническом отношении. Не меньшее гигиеническое значение имеет еще и то, что яркость трубки в люминесцентных лампах во много раз меньше, чем яркость нити накала электрических ламп накаливания. Кроме того, при освещении люминесцентными лампами получается почти полное отсутствие теней и бликов на освещаемой поверхности, т. е. те качественные преимущества, которые нельзя достичь без применения специальных арматур от ламп накаливания.
Люминесцентные лампы не лишены недостатков. Существенный недостаток люминесцентных ламп, питаемых переменным током, состоит в периодичности колебаний светового потока до 100 раз в секунду.
Смешанные источники излучения совмещают оба вида излучения.
К ним относятся дуговые лампы, лампы солнечного света и др. Все эти источники также содержат ультрафиолетовые лучи. Большого внимания с гигиенической точки зрения заслуживает лампа искусственного солнечного света.
В настоящее время нашей промышленностью разработаны источники света, дающие одновременно видимое и эритемное излучение и не требующие для своего включения пусковых приспособлений — ртутно-вольфрамовые лампы (РВЭ-350).
Светильники
Светильники — приборы, которые состоят из источника света и осветительной арматуры. Для освещения должны применяться светильники, а не источники света — лампы.
В осветительных установках создание заданной величины освещенности и требуемого распределения яркости в поле зрения невозможно без осветительной арматуры, главной задачей которой является перераспределение светового потока и ослабление блеского действия источника света. Она бывает отражающей, преломляющей и рассеивающей. По принятой в СССР светотехнической классификации светильники общего освещения делились на три класса: П — прямого света, О — отраженного света и Р — рассеянного света.
Схематически действие светильников различных классов, применяемых для общего освещения, показано на рис. 125.
Рис. 125. Особенности распределения светового потока при употреблении светильников различных классов.
При освещении помещения светильниками прямого света потолок и верхняя часть стен остаются затененными или в крайнем случае слабо освещенными. Особенностью применения светильников прямого света являются жесткие тени.
Светильники прямого света применяются для освещения высоких цехов, подсобных помещений и санитарных узлов. Освещение светильниками прямого света наименее благоприятно в отношении гигиены зрения. Оно создает большую неравномерность освещения и резкие тени.
Светильники рассеянного света характеризуются тем, что световой поток ими распределяется в верхнюю и нижнюю полусферы так, что в одну из них излучается более 10%, а в другую — менее 90%. Тени в этом случае становятся более мягкими. Такие светильники могут быть рекомендованы для освещения общественных зданий.
Светильники отраженного света характеризуются тем, что весь световой поток направляется ими кверху. Освещение отраженным светом рекомендуется для парадных комнат, конференц-залов, актовых залов и т. п. Отраженное освещение, создавая равномерность освещения, отсутствие теней и слепящих бликов, наиболее благоприятно для зрения.
В светильниках с люминесцентными лампами применяются в качестве затенителя решетки, создающие необходимый защитный угол в плоскости оси лампы. Защитным углом светильника называется угол, образуемый горизонталью, проходящей через тело накала лампы, и линией, соединяющей наиболее удаленную точку тела накала с противолежащей по отношению к ней точкой края отражателя (рис. 126).
Рис. 126. Иллюстрация защитного угла светильника.
Санитарно-гигиеническую оценку светильников производят, исходя из того, насколько они:
- обеспечивают требуемую освещенность и равномерность ее на освещаемой поверхности;
- защищают глаза от блескости;
- дают нужное перераспределение светового потока;
- обеспечивают возможность в нужных случаях изменить спектр источника света.
Защита глаз от блескости (ограничение ослепленности) достигается созданием достаточного защитного угла светильника, увеличением высоты подвеса светильника, применением для экранирования источника света рассвивающих свет материалов, а также применением ламп с колбами из матового стекла. Блескость светильника определяется его силой света и яркостью.
Требования, предъявляемые к качественным и количественным характеристикам искусственного освещения, определяются многими условиями; они различны в зависимости от назначения помещений, характера зрительной работы и возраста обитателей этих помещений. Искусственное освещение закрытых помещений осуществляется либо системой одного общего освещения, либо системой комбинированного освещения, общим и местным одновременно.
При высоте комнат 2,7-3 м наивыгоднейшая высота подвеса светильников близка к строительной высоте. Такая же высота подвеса светильников, а именно 2,8 м от пола, регламентируется правилами ограничения ослепленности.
Задача выбора рационального варианта размещения светильников сводится к определению расстояния между светильниками, при котором обеспечивается наибольшая равномерность освещения.;
В настоящее время промышленностью выпускаются специальные типы светильников для промышленных и общественных зданий (лечебных учреждений, школ и т. п.).
Лечебные учреждения
Для лечебных учреждений (больницы, поликлиники и т. п.) рекомендуются в основном светильники двух типов.
1. В палатах больниц для общего освещения желательно применение светильников полностью отраженного света, устанавливаемых в центральной части потолка, и светильников местного освещения, устанавливаемых у изголовья кроватей больных.
Рекомендуемый тип светильников общего освещения — ПФ-ОО. Светильник рассчитан для работы с двумя лампами накаливания 60 вт каждая и имеет рассеиватель из молочного накладного стекла. Отражатель светильника снаружи и изнутри окрашен белой эмалевой краской. Светильники ПФ-00 выпускаются Рижским светотехническим заводом (рис. 127).
Рис. 127. Светильник ПФ-ОО.
2. В кабинетах врачей и других помещениях поликлиник и больниц (лаборатории, помещения для приготовления лекарств, процедурные кабинеты и т. п.) целесообразно применять кольцевые светильники типа СК-300, КСО-1, ПМ-1, С-178 и потолочные кольцевые светильники.
Рис. 128. а — кольцевой светильник типа СК-300; б — кольцевой светильник типа КСО-1.
СК-300 (рис. 128, а) — подвесной кольцевой светильник, преимущественно отраженного светораспределения. Светильник рассчитан для работы с лампой накаливания 300 вт и имеет пять металлических экранирующих колец; нижнее кольцо перекрыто силикатным молочным стеклом, окрашен белой эмалевой краской. Светильник выпускается заводом «Электросвет» имени П. Н. Яблочкова (Москва).
КСО-1 (рис. 128, б) — подвесной кольцевой светильник отраженного света. Светильник рассчитан для работы с лампой накаливания 300 вт и имеет два экранирующих кольца и чашу, закрывающую снизу лампу. Экранирующие кольца и чаша покрыты белой силикатной эмалью. Светильник выпускается Луганским заводом электромонтажных изделий № 6.
Рис. 129. а — подвесной кольцевой светильник рассеянного света типа ПМ-1; б — потолочный кольцевой светильник рассеянного света С-178.
ПМ-1 (рис. 129, а) — подвесной кольцевой светильник рассеянного света. Светильник рассчитан для работы с лампой накаливания 300 вт и имеет четыре экранирующих кольца, скрепленных четырьмя кронштейнами, окрашен белой эмалевой краской. Выпускается Рижским светотехническим заводом.
С-178 (рис. 129, а) — потолочный кольцевой светильник рассеянного света. Светильник рассчитан для работы с лампами накаливания 75 и 100 вт и имеет три экранирующих кольца, скрепленных между собой; окрашен белой эмалевой краской. Светильник выпускается Казанским заводом электромонтажных изделий.
Рис. 130. Потолочный кольцевой светильник.
Потолочный кольцевой светильник (рис. 130) рассчитан для работы с лампой накаливания 150 вт и имеет отражатель и экранирующую решетку из пяти концентрических колец, скрепленных между собой тремя ребрами, которая крепится к отражателю на трех крючках. Внутренняя поверхность отражателя и экранирующая решетка окрашены белой эмалевой краской. Светильник выпускается 5-м Механическим заводом (Москва).
Школьные здания
Для освещения школьных классов лампами накаливания рекомендуются кольцевые светильники типа СК-300 и КСО-1. Из светильников с люминесцентными лампами для освещения школьных классов применяются светильники серии ШОД. Это — подвесные светильники рассеянного света, рассчитанные на две люминесцентные лампы по 40 или 80 вт каждая. Светильник имеет экранирующую решетку, состоящую из одной продольной и ряда поперечных планок. Сбоку вдоль светильника в пазах решетки установлены плоские рассеиватели из опалового стекла. Корпус светильника и экранирующая решетка окрашены белой диффузной краской. Светильники выпускаются Рижским светотехническим заводом, а также начато их производство на заводах Пермского и Мордовского совнархозов (рис. 131).
Рис. 131. Светильник с люминесцентными лампами для освещения школьных классов.
Промышленные предприятия
1. Для помещений с нормальными пыльностью и влажностью применяются светильники типа «Универсаль», рассчитанные для работы с лампами накаливания 150, 200 и 500 вт. Светильники выпускаются заводами Тульского совнархоза, Луганским заводом электромонтажных изделий и артелью «Электротехник» (Ленинград).
Светильники типа «Глубокоизлучатель» рассчитаны для работы с лампами накаливания 1000 и 500 вт. Эти светильники выпускаются Луганским заводом электромонтажных изделий.
В настоящее время все чаще начинают применяться для освещения производственных помещений светильники с люминесцентными лампами.
Рис. 132. Светильник с люминесцентными лампами для промышленных предприятий.
Для помещений с нормальными пыльностью и влажностью рекомендуются светильники серии ОД и ОДЛ; светильники серии ОД (рис. 132) в двух вариантах: со сплошным отражателем (шифр ОД) и с отражателем, в верхней части которого сделаны отверстия (шифр ОДО). Последний 15% светового потока направляет вверх. Светильники выпускаются на две и четыре люминесцентные лампы, 30 или 40 вт каждая. Светильники выпускаются заводами Латвийского, Татарского и Пермского совнархозов (с лампами по 30 вт) и заводами Латвийского, Ростовского и Кемеровского совнархозов (с лампами по 40 вт).
Светильники серии ОДЛ выпускаются заводом ламп дневного света Управления металлообрабатывающей промышленности (Москва). Светильники выпускаются на две или три люминесцентные лампы, 15 и 30 вт каждая. Светильники обеих серий, ОД и ОДЛ, выпускаются как с экранирующей решеткой, так и без нее.
2. Для производственных помещений с повышенными влажностью, содержанием пыли и химически активной средой рекомендуются светильники в пылезащитном исполнении и уплотненные светильники. Это — светильники типа «Универсалы» в пылезащитном исполнении и светильники типа СХ — изделия завода «Электросвет» имени П. Н. Яблочкова (Москва).
Из светильников с люминесцентными лампами рекомендуются светильники серии ТН (в частности, для освещения производственных помещений типографии). Светильники выпускаются на две и три люминесцентные лампы, 30 и 40 вт каждая. Светильники выпускаются Ленинградским литейно-механическим заводом, Металлообрабатывающим заводом Владимирского совнархоза (ст. Денисово) и Механическим заводом в Костроме.
Существуют природные, или естественные, источники света. Это Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды (например, молния). Луну также причисляют к источникам света, хотя правильнее было бы отнести ее к отражателям света, так как она сама свет не излучает, а лишь отражает падающие на нее солнечные лучи. Естественные источники света существуют в природе независимо от человека.
Но есть множество источников света, создаваемых человеком. Это тела, вещества и устройства, в которых энергия любого вида при определенных, зависящих от человека условиях преобразуется в свет. Простейшие и древнейшие из них - костер, факел, лучина. В древнем мире (Египте, Риме, Греции) в качестве светильников использовали сосуды, наполненные животным жиром. В сосуд опускали фитиль (кусок веревки или скрученную в жгут тряпицу), который пропитывался жиром и горел довольно ярко.
В дальнейшем, вплоть до конца XIX в., основными источниками света служили свечи, масляные и керосиновые лампы, газовые фонари. Многие из них (например, свечи и керосиновые лампы) дожили до наших дней. Все эти источники света основаны на сжигании горючих веществ, поэтому их еще называют тепловыми. В таких источниках свет излучают мельчайшие раскаленные твердые частицы углерода. Их световая отдача очень мала - всего около 1 лм/Вт (теоретический предел для источника белого света около 250 лм/Вт).
Величайшим изобретением в области освещения было создание в 1872 г. русским ученым А. Н. Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампа Лодыгина представляла собой стеклянный сосуд с помещенным внутрь его угольным стержнем; воздух из сосуда откачивался. При пропускании по стержню электрического тока стержень разогревался и начинал светиться. В 1873-1874 гг. А. Н. Лодыгин проводил опыты по электрическому освещению кораблей, предприятий, улиц, домов. В 1879 г. американский изобретатель Т. А. Эдисон создал удобную для промышленного изготовления лампу накаливания с угольной нитью. С 1909 г. стали применять лампы накаливания с зигзагообразно расположенной вольфрамовой проволочкой (нить накаливания), а спустя 3-4 года вольфрамовую нить начали изготовлять в виде спирали. Тогда же появились первые лампы накаливания, наполненные инертным газом (аргоном, криптоном), что заметно повысило срок их службы. С начала XX в. электрические лампы накаливания благодаря экономичности и удобству в эксплуатации начинают быстро и повсеместно вытеснять другие источники света, основанные на сжигании горючих веществ. В настоящее время лампы накаливания стали наиболее массовыми источниками света.
Все многочисленные разновидности ламп накаливания (более 2000) состоят из одинаковых частей, различающихся размерами и формой. Устройство типичной лампы накаливания показано на рисунке. Внутри стеклянной колбы, из которой откачан воздух, на стеклянном или керамическом штенгеле при помощи держателей из молибденовой проволоки закреплена спираль из вольфрамовой проволоки (тело накала).
Когда-то в древности люди считали, что наша способность видеть обусловлена некими лучами, исходящими из глаз и как-бы «ощупывающими» поверхность предметов. Каким бы смешным сегодня не казалось подобное представление, задумайтесь - а вы знаете, что такое свет? Откуда он берется? Как мы воспринимаем его, и почему разные предметы имеют разный цвет?
Включите лампочку и поднесите к ней руку. Вы ощутите исходящее от лампочки тепло. Соответственно, свет - это излучение. Всякое излучение переносит энергию, однако далеко не всякое излучение мы можем воспринимать зрительно. Сделаем вывод, что свет - это видимое излучение.
Свойства света
Опытным путем установлено, что свет имеет электромагнитную природу, поэтому можно дополнить наше определение следующим образом: свет - это видимое электромагнитное излучение.
Свет может проходить сквозь прозрачные тела и вещества. Поэтому свет солнца проникает к нам через атмосферу, хотя при этом свет преломляется . А встречаясь с непрозрачными предметами, свет отражается от них, и мы можем воспринимать этот отраженный свет глазом, и таким образом видим.
Часть света при этом впитывается предметами, и они нагреваются. Темные предметы нагреваются сильнее светлых, соответственно, большая часть света впитывается ими, а отражается меньшая. Поэтому эти предметы выглядят для нас темными.
Больше всего света впитывают предметы черного цвета. Именно поэтому летом в жару не стоит одевать черные вещи, потому что можно получить тепловой удар. По этой же причине летом мамы обязательно надевают детям светлые головные уборы, которые нагреваются значительно меньше, чем волосы, имеющие более темный цвет.
Источники света
Тела, от которых свет исходит, называются источниками света. Различают естественные и искусственные источники света. Самый известный абсолютно всем жителям нашей планеты естественный источник света - это Солнце.
Солнце - это не только источник видимого света, но и тепла, вследствие которого и возможна жизнь на Земле. Другие естественные источники света - это звезды, атмосферные явления типа молнии, живые существа, такие как светлячки, и так далее.
Благодаря человеку существуют также и искусственные источники. Раньше для людей основным источником света в темное время был огонь: свечи, факелы, газовые горелки и так далее. В наше время наиболее распространенными являются электрические источники света. Причем они подразделяются в свою очередь на тепловые (лампы накаливания) и люминесцентные (лампы дневного света, газосветовые лампы).
Распространение света
Еще одно свойство света - это прямолинейное распространение. Свет не может огибать препятствия, поэтому за непрозрачным предметом образуется тень. Тень часто является не совсем черной, потому что туда попадают различные отраженные и рассеянные лучи света от других предметов.
Об окружающеммире дает нам зрение. Однако видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет. С этого параграфа мы начинаем изучение световых, или оптических (греч. optikos - зрительный) явлений, т. е. явлений, непосредственно связанных со светом.
1. Наблюдаем свтовые явления
Co световыми явлениями мы встречаемся каждый день на протяжении всей жизни, ведь они являются частью естественных условий, в которых мы живем. Некоторые из световых явлений кажутся нам настоящим чудом - например, миражи в пустыне, полярные сияния. Тем не менее, согласитесь, что и более привычные для нас световые явления: блеск капельки росы в солнечных лучах, лунная дорожка на плесе, семицветный мост радуги после летнего дождя, молния в грозовых тучах, мерцание звезд в ночном небе - тоже являются чудом, так как они делают мир вокруг нас замечательным, полным волшебной красоты и гармонии.
2. Выясняем, что такое источники света
- Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источниками света.
Оглянитесь вокруг, обратитесь к своему опыту - и вы, без сомнения, назовете много источников света: Солнце, вспышка молнии, огонь костра, пламя свечи, лампа накаливания, экран телевизора, монитор компьютера и т. п. (рис. 3.1). Свет могут излучать также организмы (некоторые морские животные, светлячки и др.).
Рис. 3. Некоторые источники света
В ясную лунную ночь мы можем довольно хорошо видеть предметы, освещенные лунным сиянием.
3. Различаем естественные и искусственные источники света
В зависимости от происхождения различают естественные и искусственные (созданные человеком) источники света.
К естественным источникам света относятся, например, Солнце и звезды, раскаленная лава и полярные сияния, некоторые светящиеся объекты среди животных и растений: глубоководная каракатица, радиолярия, светящиеся бактерии и т. п. Так, в теплую летнюю ночь в лесной траве можно увидеть яркие пятнышки света - светлячков.
Не могут полностью удовлетворить все возрастающую потребность человека в свете. И потому еще в древности люди начали создавать искусственные источники света. Сначала это были костер и лучина, позднее появились свечи, масляные и керосиновые лампы. В конце XIX века была изобретена электрическая лампа. Сегодня различные виды электрических ламп используют повсюду (рис. 3.2-3.4).
В помещениях мы обычно используем лампы накаливания. К сожалению, они недостаточно экономны: в таких лампах большая часть электрической энергии расходуется на нагревание самой лампы и окружающего воздуха и только 3-4 % энергии превращается в световую. В последние годы, однако, появились новые, в несколько раз более экономные конструкции электрических ламп.
Большие помещения (супермаркеты, цеха предприятий и т. п.) освещаются источниками света в виде длинных трубок - лампами дневного света. Для разноцветной иллюминации, которой ночью подсвечены некоторые дома, торговые центры и т. п., используют неоновые, криптоновые и другие лампы.
Рис. 3.2 Для освещения стадионов используют дуговые лампы
Рис. 3.3. Мощными источниками искусственного света являются галогенные лампы в фарах современного автомобиля
Рис. 3.4.Сигналы современных светофоров хорошо видны даже тогда, когда солнце светит ярко.
В таких светофорах лампы накаливания заменены светодиодами
4. Знакомимся с тепловыми и люминесцентными источниками света
В зависимости от температуры источников света их разделяют на тепловые и люминесцентные.
Солнце и звезды, раскаленная лава и лампа накаливания, пламя костра, свечи, газовые горелки и т. п. - все это примеры тепловых источников света: они излучают свет благодаря тому, что имеют высокую собственную температуру (рис. 3.5).
Люминесцентные источники света отличаются от тепловых тем, что для их свечения не нужна высокая температура: световое излучение может быть довольно интенсивным, а источник при этом остается относительно холодным.
Примерами люминесцентных источников является экран телевизора, монитор компьютера , лампы дневного света, указатели и дорожные знаки, покрытые люминесцентной краской, световые индикаторы, некоторые организмы, а также полярные сияния.
5. Узнаем о точечных и протяженных источниках света
В зависимости от соотношения размера источника света и расстояния от него до приемника света различают точечные и протяженные источники света.
Источник света считается точечным, если его размер относительно невелик по сравнению с расстоянием от него до приемника света.
В противоположном случае источник считается протяженным.
Таким образом, один и тот же источник света в зависимости от условий может считаться как протяженным, так и точечным.
Так, когда мы находимся в кухне, то лампа дневного света (трубка длиной 0,5-I м), которая ее освещает, является для нас протяженным источником света. Если же мы попробуем посмотреть на ту же лампу снаружи (например, из скверика напротив дома, с расстояния 100-150 м от источника света), то лампа будет представлять собой точечный источник.
Таким образом, к точечным источникам света можно отнести даже огромные звезды, которые по размеру намного больше, чем Солнце, - в том случае, если наблюдать их с Земли, с расстояния, которое в миллионы раз превышает размеры этих звезд.
6. Характер изуем приемники света
Вы, наверное, уже догадались, что устройства, с помощью которых можно обнаружить световое излучение, называют приемниками света (рис. 3.6).
Естественными приемниками света являются глаза живых существ.
Получая с помощью этих приемников информацию, организм определенным образом реагирует на изменения в окружающей среде.
Так, войдя из темноты в ярко освещенную комнату, мы, конечно, зажмурим глаза, а увидев ночью свет фар автомобиля поблизости, обязательно остановимся возле дороги.
Аналогичную глазам функцию выполняют искусственные приемники света. Так, фотоэлектрическими приемниками света - фотодиодами - оборудованы, например, турникеты для прохождения пассажиров в метро, на вокзалах и т. п. Искусственные фотохимические приемники - это фото- и кинопленка, фотобумага.
Предлагаем вам самим ответить на вопрос о пользе таких фотохимических приемников.
Рис. 1.6. Приемники света
- Подводим итоги
Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источниками света.
Источники света бывают: тепловые и люминесцентные; естественные и искусственные; точечные и протяженные. Например, полярное сияние - естественный, протяженный для наблюдателя на Земле, люминесцентный источник света.
Устройства, с помощью которых можно обнаружить световое излучение, называют приемниками света. Органы зрения живых существ - естественные приемники света.
- Контрольные вопросы
1. Какую роль играет свет в жизни человека?
2. Что называют источниками света? Приведите примеры источников света.
3. Является ли Луна источником света?
4. На рисунке изображены различные источники света. Какие из них вы отнесли бы к люминесцентным? тепловым?
5. Приведите примеры естественных и искусственных источников света.
6. Какие искусственные источники света встречаются чаще всего? Приведите примеры использования этих источников в повседневной жизни, в технике.
7. При каких условиях источник света считают точечным? протяженным?
8. Какие устройства называют приемниками света?
- Упражнения
1. В каких из указанных случаев Солнце можно считать точечным источником света?
а) Наблюдение солнечного затмения;
б) измерение высоты солнца над землей;
в) наблюдение Солнца из космического корабля, летящего за пределами Солнечной системы;
г) определение времени с помощью солнечных часов.
2. В каждом из приведенных перечней определите лишнее слово или словосочетание. Объясните свой выбор.
а) Пламя свечи, Солнце, звезды, Земля, пламя костра;
б) экран включенного компьютера, молния, лампа накаливания, пламя свечи;
в) лампа дневного света, пламя газовой горелки, дорожные знаки, светлячки.
3. Одной из единиц длины, применяемых в астрономии, является световой год. Один световой год равняется расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один год. Сколько метров составляет световой год, если скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000км/с?
4. За какое приблизительно время свет проходит расстояние от Солнца до Земли, равное 150 000 000 км? (Скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000 км/с.)
- Физика и техника в Украине
Выдающийся физик (1895- 1971) начинал свою научную деятельность в Крымском университете и в Одесском политехническом институте. Наиболее известное достижение академика И. Е. Тамма - теоретическое объяснение так называемого эффекта Черенкова. Эффект Черенкова - это слабое голубое свечение, издаваемое полупрозрачной средой при прохождении сквозь нее радиоактивного излучения. Теория Тамма лежит в основе работы детекторов быстрых заряженных частиц (черенковских счетчиков). За эти исследования И. Е. Тамм получил в 1958 году Нобелевскую премию по физике (совместно с И. М. Франко и П. О. Черенковым).
Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издательство «Ранок», 2007. - 192 с.: ил.
