Skip to content

Лампы дневного света спектр: Какие лампы наиболее приближены по спектру излучения к дневному свету?

Содержание

Какие лампы наиболее приближены по спектру излучения к дневному свету?

В компанию «СТК Системы освещения» обратился клиент с запросом относительно ламп наиболее приближенных по спектру к дневному свету. На первый взгляд в самом вопросе кроется ответ — так называемые «лампы дневного света». Однако, давайте разберемся в этом вопросе более детально.

Что такое спектр излучения? Это энергия излучаемая источниками, в том числе источниками света, в различных диапазонах, длинах волн. Длина волн определяется в нанометрах, нм. Илучение энергии световыми приборами называют также оптическим излучением. Диапазон длин волн включает в себя воспринимаемый человеческим глазом видимый диапазон и два смежных: инфракрасный и ультрафиолетовый.

Видимое излучение определяется в диапазоне 380-780 нм. Ультрафиолетовое излучение имеет 3 диапазона: УФ-С 100-280 нм, УФ-В 280-315 нм, УФ-А 315-380 нм. Инфракрасное излучение имеет длину волн свыше 780 нм.
Самое вредоносное для человека УФ-С, хотя, при этом оно обладает бактерицидным эффектом. Лампы УФ-С используются в медучреждениях для обеззараживания помещений. УФ-В вырабатывает витамин Д, а УФ-А придает коже загар. При этом в неумеренных дозах они также опасны для человека. Поэтому и придумали солнцезащитные средства с УФ-А и УФ-В фильтрами.

Обычно, в лампах, используемых в помещениях, за исключением специальных, также есть УФ-фильтры для предотвращения вредного воздействия на кожу человека.
Солнце — естественный источник оптического излучения. Однако спектр такого излучения не постоянен. Состав спектра может меняться в зависимости от времени суток, времени года, местности. Именно поэтому точно определить спектр солнечного света невозможно. Для каждого случая он свой.
Конечно, солнечный или дневной свет всеже имеет более-менее определенный спектральный состав. В сети Интернет можно встретить несколько иллюстраций спектра солнечного света.

 

Недостаток этих картинок в ограниченности диапазонов 400-700 нм. Нет ни ультрафиолетовых диапазонов, которые как вам известно присутствуют в солнечном свете. Иначе, как бы мы с вами загорали, сгорали и зачем мазались бы солнцезащитными кремами.


В этой картинке уже больше правды. Слева — спектр солнечного света. Справа — спектр ламп дневного света.

Не знаю какие именно лампы дневного света брались за основу и откуда получена данная информация, но она отчасти совпадает с данными PHILIPS.
Как видите, спектр люминесцентных ламп отчасти повторяет спектр солнца, но солнечный спектр более ровный и насыщенный.

Примерно такая же ситуация и с газоразрядными лампами. Спектр некоторых из них распространяется на все видимые диапазоны и отчасти захватывает смежные ултрафиолетовый и инфракрасный.

Почему вопросу соответствия спектра искуственных источников света с естественным солнечным уделяется много внимания? Исследования в области физиологии человека доказали влияние спектрального состава света на жизнедеятельность и показатели нашего организма.

Именно поэтому нашему клиенту после проведения аттестации рабочих мест в помещениях без естественного освещения были предложены следующие мероприятия: использовать газоразрядные источники света со спектральным составом, близким к спектру естественного света; для компенсации ультрафиолетовой недостаточности предусматривать использование ультрафиолетовых облучательных установок длительного действия(совмещенных с осветительными установками).

С.Исполатов
СТК Системы освещения.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ «КАКИЕ ЛАМПЫ УБИВАЮТ ВИРУС И ЧЕМ ОТЛИЧАЮТСЯ БАКТЕРИЦИДНЫЕ, УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ И КВАРЦЕВЫЕ ЛАМПЫ»

РЕМОНТ СВЕТОДИОДНЫХ СВЕТИЛЬНИКОВ

 

Светлое будущее. Часть 4: здоровье / Offсянка

В предыдущих эпизодах (часть 1, часть 2, часть 3) мы рассматривали различные источники света (ИС) с точки зрения их технических характеристик и особенностей эксплуатации. Пора изучить, как ИС влияют на зрение и вообще на здоровье человека. Этот аспект — наиважнейший: потеря и даже простое ослабление зрения от сколь угодно эффективного освещения вряд ли может считаться приемлемым даже в таком не слишком развитом обществе, как наше.

Медицина восстанавливать зрение еще не слишком умеет. Максимум — удаление катаракты да коррекция роговицы, но и там масса ограничений (узнайте для интереса стоимость операции). Все остальное — очки, контактные линзы, искусственные хрусталики и тому подобное — не более чем протезы, сильно уступающие биологическим прототипам. Повреждения сетчатки и вовсе в массовом порядке не лечатся. «Запчасти для глаз» практически не вышли из экспериментальной стадии, да и разрешение невелико.

Среди характеристик ИС, так или иначе влияющих на организм, можно выделить следующие: спектр излучения, качество цветопередачи, пульсации светового потока, наличие побочных излучений, присутствие вредных соединений (экологичность). Рассмотрим в этом плане наших постоянных участников — лампы накаливания (ЛН), компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светодиодные лампы (СДЛ).

Разговор о влиянии источников света на здоровье мы начнем с разбора двух параметров: спектра излучения и цветовой температуры.

Спектр — важнейшая характеристика любого источника света, непосредственно влияющая на (дис)комфорт зрительного восприятия. По этому показателю новые ИС кардинально отличаются как от Солнца, так и от привычных «накалок», подтверждением чему служат хорошо известные графики. Напомним, что быстро оценить спектр любого ИС можно с помощью подручного средства — диска DVD. Его дорожки образуют отличную дифракционную решетку, в которой видны основные пики излучения (CD для этого грубоваты).

Спектр ламп накаливания естественно-непрерывен, в отличие от дискретных, с резкими пиками графиков КЛЛ. Он ближе всего к природному солнечному свету, хотя и смещен в красно-желтую область (это, кстати, хорошо соответствует вечернему освещению на закате — вот почему свет ЛН непроизвольно расслабляет). Именно к Солнцу в ходе эволюции адаптировалось все живое, в том числе — и человеческий глаз. Если бы мы располагали материалом, выдерживающим нагрев до 5800 К (температура фотосферы), проблема искусственного освещения была бы решена раз и навсегда. Увы, таких материалов на Земле нет и не предвидится, а применяемый в ЛН вольфрам плавится при 3690 К, не дотягивая до идеала более двух тысяч градусов. Так что тепловые источники света, лучшие, чем ЛН, нам недоступны. Что же дают новые технологии?

ЛН и КЛЛ в отражении от DVD. Так выявляется линейчатый спектр

Спектр КЛЛ имеет три резко выраженных пика, что определяется свойствами используемой люминофорной смеси. Варьируя соотношение различных компонент в ней, можно влиять на величину тех или иных пиков и тем самым получать результирующий свет более теплого или холодного оттенка (подробнее об этом далее). В соответствии с общепринятой трехкомпонентной теорией цветового зрения, он будет восприниматься как белый, с удовлетворительной, но не более того, цветопередачей. Ведь если предмет отражает свет с длиной волны, попадающей в провал между пиками, то в свете КЛЛ он будет выглядеть более темным, чем на самом деле.

Спектр двух разных КЛЛ и одной ЛН (черная линия). Местоположение пиков одинаково, варьируется лишь их интенсивность

Важно отметить, что линейчатый спектр КЛЛ вызывает повышенное зрительное утомление при чтении и других точных работах. Окулисты давно заметили, что измеренная острота зрения при люминесцентном освещении оказывается существенно ниже, чем при эквивалентном освещении ЛН или Cолнцем. Дело в том, что глаз наиболее чувствителен к желто-зеленому цвету (555 нм) и фокусируется по нему, а как раз в этом месте у люминофора провал. Зато в спектре много синего, по которому фокусировка значительно хуже (хроматическая аберрация хрусталика, ничего не поделаешь). Все это формирует на сетчатке размытую картинку. Буквы в свете КЛЛ будут казаться менее четкими, поэтому чтение будет сильнее утомлять. Заядлые читатели, молодого и не очень возраста, часто жалуются: «От «сберегаек »глаза болят».

Спектральная чувствительность глаза различается для дневного и ночного зрения. В сумерках изумрудно-зеленый цвет кажется ярче, чем все остальные (это легко заметить по светофорам). Дневной пик в желто-зеленой зоне выражен менее резко

Чтобы исправить положение, приходится поднимать освещенность практически вдвое — тогда зрачок сокращается, аберрации уменьшаются и картинка становится четче. Налицо «инфляция света»: люмен от КЛЛ менее ценен для глаз, чем люмен от ЛН. В этой валюте за зрительный комфорт расплачиваются энергосбережением — вот к чему приводит несовершенный спектр КЛЛ!

У светодиодных ламп спектр существенно отличается. В нем присутствуют два компонента: острый синий пик от самого диода и второй, «размазанный» по всему спектру — от люминофора, которым покрыт кристалл (отсюда, кстати, желтый цвет выключенного светодиода). Как видно, его качество гораздо выше, чем у люминофоров, применяемых в КЛЛ, что определяется как технологией, так и экономикой (в СДЛ люминофора требуется несравненно меньше, чем в КЛЛ). Соотношение между синим цветом диода и полосой эмиссии люминофора определяет результирующий свет лампы. Эмиссию же легко регулировать толщиной слоя люминофора. Понятно, что СДЛ холодного света всегда будут дешевле и ярче, чем теплого, — вот в чем причина засилья «синюшных» лампочек в бюджетном (читай: китайском) сегменте рынка.

Спектр трех разных СДЛ и одной ЛН (черная линия). Пики излучения смещаются, что свидетельствует о разном составе люминофора

Интегральная характеристика спектра любого источника света — его цветовая температура (ЦТ). Она определяется как температура абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение того же цветового тона, что и рассматриваемый ИС.

Для ЛН цветовая температура совпадает с нагревом нити накала и колеблется в диапазоне 2200-3250 К. Первое значение характерно для маломощных лампочек 10-25 Вт, которые безбожно желтят, а последнее — для специальных киносъемочных ламп (они горят с сильным перекалом и служат всего несколько десятков часов). Ходовые ЛН 60-100 Вт имеют температуру 2700-2800 К — это и стало ориентиром при последующих разработках КЛЛ и светодиодов. Все шире используемые галогенки отличаются повышенной ЦТ: 2800-2900 К для ламп сетевого напряжения и 2900-3100 К для низковольтных. В обоих случаях более высокое значение характерно для фирменных ламп старших серий. Другими словами, качественные низковольтные ГЛН — самый лучший из доступных тепловых источников света, это стоит запомнить.

Лет 40 назад (когда об энергосбережении мало кто задумывался) широко использовались ЛН «дневного света» с исправленным спектром. Их колба имела бледно-голубой оттенок, вырезающий избыточные красно-желтые тона спирали. Результирующий свет был весьма приятным, но сильно ослабленным: для сохранения освещенности мощность лампочки приходилось практически удваивать (с 60 до 100 Вт в настольной лампе, например). Подобное излишество вроде бы кануло в Лету вместе с прожорливыми шестилитровыми авто, но парадоксальным образом возродилось как раз в автомобильной отрасли. Заметная часть продаваемых нынче галогенок для фар (стандарт 12 В, 55 Вт) окрашена в более или менее густой синий цвет, долженствующий приблизить спектр к модным «ксенонкам» (на самом деле — металлогалогенным лампам с небольшой добавкой ксенона для быстрого запуска). Так — заметим в сторону — безопасность движения приносится в жертву дешевым «понтам».

Даже крупные фирмы идут на поводу у спроса и выпускают такое. Синие галогенки светят, может быть, и красиво — прямо как ксенонки, но дорогу толком не освещают

Синие ЛН до сих пор выпускаются, но уже в немассовых количествах. Эта предназначена для обогрева рептилий в террариуме, а также подпитки их мягким УФ

Цветовая температура КЛЛ и СДЛ лишь приблизительно описывает их свечение, поскольку спектр этих ламп не гладкий. У КЛЛ он вообще линейчатый с несколькими резкими люминофорными пиками, а светодиоды при более размытом спектре сохраняют базовый пик в синей области, весьма вредный для глаз. Правильнее говорить о коррелированной цветовой температуре (CCT), поскольку полного соответствия с излучением черного тела здесь нет, и приходится выбирать температуру, ближайшую к кажущемуся цвету ИС.

Спектральные кривые абсолютно черного тела. Температура 3000-4000 К дает оранжево-желтые тона, при 5000-7000 К свет относительно ровный во всем спектре (нейтрально-белый тон), при 9000 К и выше преобладают короткие волны (голубоватые тона)

КЛЛ выпускаются с цветовой температурой из устоявшегося ряда, основанного на стандартизированных люминофорных смесях. Это 2700 К (торговое обозначение «теплый белый»), 4200 К («холодный, или нейтральный белый») и 6500 К («дневной белый»). В последнее время ряд пополнился: появились лампы на 2500 К («комфорт») и на 3300 К («релакс»), а также варианты на 4000/4500 К и на 6000 К. Последние — скорее маркетинговый ход: по технологическим нормам ЦТ может отклоняться от номинала на 10%, а реальный разброс бывает еще больше (влияет чистота люминофора и другие случайные факторы). Так что лампы на 6000 К практически не отличаются от 6500 К.

Но что касается ламп на 2500 К (Osram), то здесь свет уже другой — ближе к свечам, с заметной желтизной. Такие изделия вполне уместны в интерьерной подсветке. Те КЛЛ на 3300 К, которые довелось видеть (марка Uniel), не впечатляют: это те же 4200 К, только с колбой бледно-желтого стекла, порождающей неестественный оттенок свечения. Лампы Nakai класса 833, на те же 3300 К, сделаны «честно» — их чисто-белый свет весьма приятен, но мало распространены и сравнительно дороги (250-300 р.).

КЛЛ Uniel на 3300К. Подкрашенная колба доводит ЦТ до желаемого значения, но портит цветопередачу

Важно отметить, что весь ряд цветовых температур получается с помощью одних и тех же люминофоров, с одинаковыми пиками и провалами в спектре. Различается лишь доля синего: для теплых тонов его меньше, для холодных — больше. Поэтому идея «зарядить» в один светильник КЛЛ разной цветности (чаще всего теплого и холодного белого) результирующий спектр не сглаживает и цветопередачу не улучшает, хотя смешанный свет бывает субъективно приятен.

В ходе эксплуатации КЛЛ люминофор деградирует, что отражается не только на световом потоке, но и на спектре: он становится более грязным, с желтым оттенком. Дрейф ЦТ можно заметить уже через год-полтора эксплуатации, это порой вынуждает заменить еще исправную лампу.

СДЛ тоже выпускаются теплого, нейтрального и холодного свечения, вот только стандарты ЦТ здесь соблюдаются довольно слабо. Виной тому, видимо, несовершенство белых светодиодов, где используется сложный по технологии люминофор.

Честные производители, такие как Cree, приводят для своих чипов следующую градацию: 2600-3700 К — Warm White, 3700-5000 К — Neutral White, 5000-8300 К — Cool White. Разброс, как видим, весьма значительный — чуть ли не 50%. Лампы формально одной и той же цветности, но купленные в разных местах, скорее всего, будут заметно различаться по свечению. Отсюда практический совет: закупать сразу столько СДЛ из одной партии, сколько необходимо по проекту освещения, возможно, с запасными экземплярами. Разнобой в оттенках как минимум неэстетичен, а как максимум — бьет по глазам, вынужденным все время перестраиваться.

Положение СДЛ теплого и нейтрально-белого света на цветовой диаграмме. В конкретных образцах отклонения могут быть значительны

Кроме того, цветовая температура СДЛ непостоянна во времени. Люминофор в мощных кристаллах сильно нагревается, что способствует его быстрой деградации. По мере старения световой поток диодов смещается в синюю область, так что общая ЦТ растет. Лампы начинают светить сначала слишком холодным, а потом неприятным синюшным светом, который еще и вреден для глаз и всего организма (об этом поговорим в следующей части). Это тоже надо учитывать при эксплуатации, особенно на втором-третьем году.

«Синят» прежде всего дешевые лампочки с интернет-барахолок, но и фирменные модели порой огорчают (виноват старый тип люминофора, а также плохое охлаждение и прочие «нарушения режима»). Так, в одном тесте СДЛ Osram их цветовая температура за 12000 ч поднялась на 2500 К. Сегодня долговечные, стабильные диоды делают Cree и Nichia, но цены на эту продукцию немаленькие.

В следующем материале мы продолжим тему влияния различных источников света на здоровье и поговорим о цветопередаче и уровне пульсаций.

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Лампа дневного света

Лампы дневного света – естественное освещение.

 

Лампы дневного света широко применяются для освещения промышленных помещений, а так же в бытовых и домашних условиях.

 

Спектр излучения света ламп дневного света наиболее приближен к естественному освещению.

 

Для экономии электроэнергии имеются в продаже энергосберегающие лампы.

 

В настоящее время лампы дневного света признаны одним из самых эффективных источников света.

 

Широкое применение лампы дневного света нашли при организации общего освещения, так как потребляют почти в 5 раз меньше электроэнергии, чем обыкновенные лампы накаливания и, кроме этого, имеют в 8 раз большее время работы и дают рассеянный свет.

 

Современные электронные стабилизаторы обеспечивают мгновенное включение и непрерывное питание ламп дневного света стабилизированным высокочастотным напряжением, что исключает эффект мерцания, который присутствует в стандартных схемах подключения.

 

 

 

Современная лампа дневного света может вкручиваться в обычный патрон и по виду и габаритам не сильно отличаться от лампы накаливания.

 

Галогенные, светодиодные и люминесцентные лампы дневного света относятся к энергосберегающим лампам, имеют более полный спектр, чем старые модели.

 

Традиционные лампы дневного света значительно уступают естественному освещению.

 

Поэтому, отличное решение – это приобрести лампу дневного света люминесцентную, которая имеет более высокую световую отдачу и лучший спектральный состав.

 

Если Вы сторонник естественного освещения, значит, лампы дневного света подойдут для Вас идеально.

 

Лампы дневного света используют в офисах, ведь люминесцентные светильники помогают постоянно поддерживать комфортную для глаз световую среду.

 

Лампы дневного света также используются для обычных бра, торшеров, настольных, потолочных или напольных светильников.

 

ЗАО Компания «Технолог» осуществляет продажу ламп дневного света.

 

У нас имеется большой выбор ламп накаливания, ламп дневного света, ртутных, натриевых, галогенных ламп, энергосберегающих ламп от ведущих российских и европейских компаний, таких как OSRAM, PHILIPS, Selecta и т.д.

 

На страницах нашего сайта Вы найдете подходящую лампу дневного света для любых целей.

 

 

Звоните: (499) 290-30-16 (мнгк), (495) 973-16-54, 740-42-64, 973-65-17

Задавайте свои вопросы и делайте заказы: [email protected]

 

 

Весь спектр электротехнической продукции.
Звоните!!! (499) 290-30-16 (мнгк), (495) 973-16-54, 740-42-64, 973-65-17

 

 

 

Люминесцентные и светодиодные лампы дневного света, принцип работы и особенности

электрика, сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа (СКУД), инженерно технические системы (ИТС)

Это название прочно закрепилось за люминесцентными лампами.

Произошло это в тот период, когда они начали получать широкое распространение наряду с уже повсеместно используемыми лампочками накаливания. Ассоциации с дневным светом эти приборы обязаны оттенку своего свечения.

Действительно, по сравнению с желтоватым цветом лампочек накаливания, новые источники света выглядели более похожими на солнечное освещение.

Это связано, скорее всего, с субъективной оценкой цветового оттенка, воспроизводимого светильниками дневного света. Что же касается спектра видимого излучения, то непрерывный его характер у лампочек накаливания больше приближен к солнечному, чем линейчатый спектр люминесцентных.

В сравнении с дневным солнечным светом, спектр лампочек накаливания более интенсивен в жёлто-красной области, поэтому и имеет желтоватый оттенок.

Для точного числового определения цветовых оттенков, введено понятие цветовой температуры. Эта величина измеряется в кельвинах и численно равна температуре абсолютно чёрного тела, при которой оно излучает свет соответствующего оттенка.

Оттенки, соответствующие наименьшим значениям цветовой температуры, называют тёплыми, в них преобладают красные и жёлтые тона. С повышением цветовой температуры, увеличивается доля голубого цвета.

Следует заметить, что с задачей получения требуемой цветовой температуры источников искусственного освещения конструкторы этих приборов, в общем справляются. Путём применения различных люминофоров и фильтров можно получить оттенки свечения, соответствующие цвету солнца в различных его фазах и при разной погоде.

Но этого нельзя сказать о полном спектре излучения. Пока не создан источник искусственного освещения, обладающий столь же равномерным спектром излучения во всём диапазоне частот, как солнечный свет.

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ ДНЕВНОГО СВЕТА

Эти приборы относятся к газоразрядным источникам света. Длительное время они выпускались исключительно в форме длинных стеклянных трубок, на концах которых располагались контакты для подключения к светильнику.

Трубка лампы дневного света заполнена инертным газом – аргоном, кроме этого, внутри неё находится небольшое количество ртути.

Зажигание происходит при пробое промежутка между электродами, находящимися на краях трубки. Тлеющий дуговой разряд, происходящий в аргоне с присутствием паров ртути, вызывает выделение ультрафиолетового излучения.

Внутренняя поверхность трубки покрыта специальным веществом – люминофором, основу которого составляют соединения фосфора. При поглощении ультрафиолетового излучения, люминофор излучает электромагнитные волны видимого спектра.

Для изменения цветовой температуры освещения, в люминофор могут вводиться дополнительные вещества, придающие свечению определённые оттенки.

Бытует мнение, что чем ближе искусственное освещение по спектру и цветовой температуре к естественному дневному солнечному свету, тем комфортнее ощущает себя человек.

Несмотря на это, вряд ли найдётся много людей, ощущающих себя более комфортно при освещении люминесцентными источниками дневного света, чем под обычными лампами накаливания.

Наиболее широкое распространение такие устройства получили в качестве осветительных приборов производственных помещений, офисов, мест общего пользования.

На это повлияло наличие некоторых преимуществ:

  • повышенная светоотдача на 1 ватт мощности, превышающая аналогичный показатель лампочек накаливания приблизительно в 5 раз;
  • более длительный срок службы;
  • малое тепловыделение.

Главной причиной высокой популярности люминесцентных ламп на производственных объектах является экономическая эффективность. Необходимый уровень освещённости при их использовании вместо ламп накаливания достигается при меньших в 5 раз затратах электроэнергии.

Кроме этого, газоразрядные источники света, ввиду относительно большой поверхности светового излучения, создают заливающее освещение, не образующее тень.

Несмотря на эти преимущества, в бытовой сфере всеобщего перехода на люминесцентные светильники не случилось. Одна из причин уже была названа – это «неуютность» создаваемого ими освещения.

Вторая причина заключалась в том, что трубчатые исполнения предназначались для использования в специальных светильниках. Их дизайнерское оформление оставляло желать лучшего и на замену люстр в жилых помещениях они не годились.

Интересная метаморфоза произошла с люминесцентными лампами, когда кому-то пришла в голову идея свернуть газоразрядную трубку в спираль и снабдить её цоколем типа Е27 для обычных патронов. Конечно, при этом ещё пришлось сконструировать миниатюрное пусковое устройство, поместившееся там же.

На рынке это новшество было преподнесено как принципиально новая энергосберегающая лампа, и не особенно вдумчивому обывателю трудно было понять, что это старая люминесцентная конструкция в новой упаковке. Так началась вторая жизнь этого газоразрядного источника света.

Наличие общеупотребительного цоколя позволило использовать его практически везде, где до этого стояли лампы накаливания. В некоторых случаях, применение энергосберегающих ламп ограничивается только их размерами, которые чаще превышают размеры ламп накаливания.

Если говорить о недостатках газоразрядных источников, содержащих ртуть, то следует выделить главный минус, относящийся и к трубчатым и к спиральным исполнениям. Это их потенциальная опасность, связанная с возможностью выхода ртути наружу при повреждении колбы. Все лампы такого типа подлежат обязательной утилизации в установленном порядке.

Пришедшие в негодность осветительные приборы следует сдавать в специализированные организации, где осуществляется процедура их демеркуризации, причём на платной основе.

К сожалению, все эти нюансы некоторым покупателям неизвестны, так как недобросовестные продавцы могут об этом просто умалчивать. Другая часть пользователей таких ламп, сознательно не желает напрягаться с их утилизацией. По этой причине, увидеть их просто выброшенными на свалку не такая уж и редкость.

Имеются также некоторые эксплуатационные недостатки люминесцентных ламп. Светильники, укомплектованные дроссельными пусковыми устройствами старой конструкции, издают гудение при работе, а также, создают неприятное для глаз мерцание света. Кроме этого, зажигание происходит с некоторой выдержкой после включения выключателя.

СВЕТОДИОДНЫЕ (LED) ЛАМПЫ ДНЕВНОГО СВЕТА

Разработка белых светодиодов, обладающих повышенной яркостью свечения открыло новую страницу в технике искусственного освещения. Самым выдающимся качеством светодиодных (led) источников света является их уникальная светоотдача, в несколько раз превышающая этот показатель даже энергосберегающих ламп.

Технология изготовления светодиодных источников освещения на основе led диодов позволяет получить практически любые оттенки свечения, что открывает широкие возможности для их применения.

Производители светодиодной продукции на основе такой технологии, освоили выпуск светодиодных ламп, совместимых по цоколю практически со всеми существующими осветительными приборами.

Это касается всех видов обычных цоколей и штыревых контактов галогенных источников. Кроме этого, производится выпуск осветительных элементов на основе светодиодов, повторяющих форму и соединительные контакты трубчатых люминесцентных ламп.

Такая политика позволяет потребителю использовать светодиодные лампы, не меняя установленные ранее светильники.

Особенно актуально это при освещении больших производственных площадей, где применение полупроводниковой технологии приносит большой экономический эффект. При этом, тратить ресурсы на замену множества установленных светильников нет необходимости.

Можно отметить интересный момент, связанный с устойчивостью старых стереотипов. Несмотря на то, что светодиодные светильники, в силу своей технологической гибкости могут наиболее точно имитировать дневной солнечный свет, термин «лампа дневного света» продолжает применяться к люминесцентным источникам.

Это словосочетание в основном используется применительно к тем конструкциям led приборов, которые выполнены в форме газоразрядных ламп и предназначены для установки в старую люминесцентную арматуру.

С точки зрения потребителя, светодиодные светильники обладают рядом преимуществ, по сравнению с другими источниками света. В частности, сравнивая их с люминесцентными, можно отметить:

  • высочайший уровень светоотдачи, пока не превзойдённый ни одним источником света;
  • возможность выбрать led лампу или светодиодный элемент практически любой цветовой температуры;
  • адаптер для питания светодиодной лампы значительно долговечней пускового устройства люминесцентной, так как здесь нет необходимости создавать импульсы высокого напряжения для пробоя газоразрядного промежутка;
  • при изготовлении led приборов не применяются вредные для человека материалы, чем обусловлено отсутствие необходимости в строгом соблюдении правил утилизации.

Пока последним словом в такой технологии освещения являются филаментные источники, светодиодные сборки которых имитируют нити накала. Такие приборы имеют колбу и цоколь, абсолютно идентичные старой доброй лампочке Ильича.

© 2012-2021 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов


Сказ о том как спектральные характеристики освещения влияют на нашу жизнь / Хабр

Граждане читатели, технари и гуманитарии, вы находитесь в опасности, немедленно переместитесь на улицу под теплое летнее солнышко (если погода позволяет), это не учебная тревога! Повторяю это не учебная тревога! Ну а если окружающие не оценят вашу попытку провести эвакуацию, то устраивайтесь поудобнее и давайте поговорим с вами об освещении. Если в двух словах, статья про воздействие бытового (внутреннего) освещения на наш с вами организм. Я постараюсь не перегружать статью техническими сведениями, для всех любознательных коллег оставлю соответствующие ссылки. Однако, без графиков все же не обойдемся (люблю я их просто). Статья получилась длинная, так что в итоге я решил что мы рассмотрим в первую очередь спектральную характеристику освещения (

тут подробнее

).

Итак, представьте, друзья, что живет где-то на свете среднестатистический человек, назовем его Василий. И вот значится жил себе жил Василий 20 лет на опушке леса в средней полосе нашей бескрайней родины, да вот захотелось ему «кофе от лучших бариста», свитшотов, да «айфонов» глянцевых и решил Василий в город податься. А чтобы ему совсем не сладко жилось, то решил он податься в офис на цокольном этаже в славный город Мурманск, ну в общем в «бетонную коробку офисную», дабы трудится там не покладая рук и света божьего не видеть.

А вот, что же там Василия ждало, спрятано под катом, всех любознательных милости просим.

Статья будет большая и по смыслу делиться на три части
1 – Спектральные характеристики источников света
2 – Как можно померить спектр с помощью прямых рук и «синей изоленты»
3 – Кратко о воздействии света на человека


*Примечания представленные в статье спектры ввиду технических ограничений могут отличаться от реальных источников света, если есть желание проверьте сами.

Часть 1 – спектральные характеристики источников света

Для начала рассмотрим основные моменты

1. До массового внедрения в быт электрических источников света, человечество во многом подстраивало свою жизнедеятельность (суточный цикл) под естественное освещение.
2. Естественное освещение изменяется втечении суток, спектр излучения у него непрерывный, солнце светит в ультрафиолетовом, видимом, и инфракрасных диапазонах. для естественного освещения не характерна пульсация.
3. Современный человек обычно проводит добрых 90% своего времени в помещениях (транспорт тоже будем считать искусственной средой)
4. В помещениях человек, часто пользуется искусственным освещением (или совмещенным), даже летним днем не все имеют возможность использовать только естественное освещение
5. Свет влияет на биологические процессы в организме человека

Вот так выглядит спектр солнца с «радугой» и графиком, кто-то добросовестно сфотографировал московское небо

Вот тут есть еще

Вернемся к Василию. Как мы помним почти всю свою сознательную жизнь он провел на природе, посмотрим как ему светило солнышко, и почему от него у ежей быстрей росли колючки.

Ответственные мужи занимающиеся светотехникой сделали для нас модель условного дневного света различной цветовой температуры( это xls в котором можно моделировать не бойтесь ), мы представим, что ранним утром Василию светило солнышко с температурой 4000К, в полдень с температурой 5500К ну а днем все 7000К, ну а к ночи двигалось в обратном порядке (примерная цветовая температура источников света тут).

Но такое лакомое солнышко светило очень и очень давно, что может ждать нашего героя попавшего в «бетонную коробку»?
Учитывая, что большинство людей занятых на работах не связанных с производством, вряд ли сидят в помещениях похожих на офисы категории «А», то многих (и меня в частности) ждет это

Дешёвые люминесцентные лампы с электромагнитной пуско-регулирующей аппаратурой, например ЛБ-40 с индексом цветопередачи (способностью воспроизводить корректно цвета) CRI<70.

Возможно это будут более дорогие заморские баклажанные , лампы от Osram или Philips с CRI>80, ну а поскольку график под рукой у меня завалялся и для компактных люминесцентных ламп КЛЛ, то упомянем и про них.

Картинки с «радугой» под сплойером, рекомендую посмотреть, и сравните с представленным выше московским небом, будет очень наглядно.

Итак, что мы видим, мы видим мечту любого скалолаза и способ проверки друзей по методу В. Высоцкого, а именно, горы и пики, причем чем дешевле лампа тем больше «Гималаи» мы наблюдаем.

О чем нам это говорит? Это говорит нам в первую очередь о том, что свет совсем не такой как естественный. А если учесть, что наш подопытный Василий вынужден сидеть под совсем неизменным светом все свои 8 рабочих часов. Помните график выше? Естественный свет изменяется в течении дня, а этот вот нисколечко нет. Таким образом наш организм страдает от нахождения под непривычным освещением. Что связано с ухудшением здоровья, уменьшением зрительной работоспобности и производительности труда. Не верите мне? Спросите у мудрейшего Юлиан Борисовича Айзенберга (справочник по светотехнике стр. 889).

Где же выход, возможно светодиодное освещение?

Ну пожалуй, что не совсем. Хотя, уже намного лучше.
Смотрим на графики и все равно «твой спектр на мамин совсем не похож». Все равно есть пик в синей области, провал в голубой, ну и опять напомню, что большинство светодиодных ламп светит одним цветов в течении дня.
Картинок для RGB светодиодов у меня под рукой нет, но поверьте, что там дело обстоит ничуть не лучше (а пожалуй обычно даже хуже).

замеры тем что было под рукой

картинка из интернета

Спектр теплого белого СИД под спойлером.

смотрим

Итак, вот отпахал Василий свои 8 часов, вернулся домой и, устав от казённых ламп, приходит домой садиться на диван и окунается в теплый ламповый свет.

И, кстати, это не так плохо, для вечернего домашнего освещения, лампа накаливания остается хорошим вариантом. Спектр лампы накаливания во многом соответствует спектру вечернего солнца, и не сильно подавляет выработку мелатонина(об этом чуть позже), опять таки один минус не регулируется в процессе дня.

Спектр лампы накаливания под спойлером:

Смотрим

Посидел Василий дома подумал, подумал, решил что не будет больше здоровью вредить станет он

дворянкою столбовою

фрилансером и будет светом белым управлять, как захочет пока дома работает.

И это, кстати, не самый плохой вариант, не смотря на то, что современные диммируемые светодиодные лампы все равно не дают полной идентичности естественному освещению, это все же лучше чем вышеупомянутые ЛБ-40 и даже может быть немного лучше чем просто светодиодные лампы. Причем если RGBW лампы это скорее баловство, то лампы на основе СИД теплого белого и холодного белого света вполне пригодны для освещения. Если заинтересовало, можно посмотреть

в эту сторону

По крайней мере такая лампа, может ступенчато имитировать теплый белый, нейтральный белый и холодный белый свет. (под спойлером) Что худо бедно вяжется с естественным солнечным циклом.

Спектры лампы ML-19 Dual White E27 шар 9W (цветовая температура на основании данных производителя)

Часть 2 — как можно померить спектр с помощью прямых рук и синей изоленты

Как-то я уже поднимал эту тему на

Хабре

. Но, думаю, стоит рассказать вкратце.

Итак, мы с вами загорелись картинками с радугой и решили начать везде мерить спектр. Поскольку самый дешёвый спектрометр стоит в РФ больше 70 т.р. (на момент написания статьи), то мы пойдем другим путем.

Есть такие замечательные ребята с портала http://publiclab.org/, много у них там интересной открытой науки и так далее. Но нас интересуют самодельные спектрометры.

К слову там есть несколько типов спектрометров и можно как купить готовый набор для сборки (рекомендую криворуким типа меня), так и собрать самому из подручных средств.

Поскольку я уверен, что если вы дочитали до этого места, то у вас уже горят глаза, чешутся руки и ждать посылку из-за недружественного нам океана, вы не хотите и не будете.

Итак, что нам понадобится и что мы будем делать:

1. Берем желательно плотную чертежную бумагу А4 (Ватман) или плотную матовую фотобумагу, в общем плотную бумагу чем плотнее тем лучше, но думаю если быть очень упорным можно попытаться сделать и из простой правда будет хлипко, (в принципе если дружите с черчением то можете сделать хоть из обувной картонки хоть из текстолита, но я криворук и расскажу свой путь с плотной бумагой.

2. Принтер и схема сборки, распечатываем схему и инструкцию на листе и дальше радостно вырезаем, прорезая необходимые отверстия (щель лучше резать острым скальпелем или лезвием, нужна аккуратность).
Берем DVD (можно и CD, но там дифракционная решетка похуже) разрезаем его ножницами пополам, берем одну половинку и аккуратно ее разделяем на два слоя, нам нужен прозрачный слой фоторезиста, из него необходимо вырезать квадратик диф. Решетки под нашу бумажную заготовку. Подробней посмотреть можно тут.

3. Дальше собираем все части вместе я использовал простой клеящий карандаш, а диф. решетку крепил изолентой (хотя двухсторонний скотч предпочтительнее), смотрим что получилось, а получилась хрупкая просвечивающаяся конструкция, поэтому если бумага изначально была плотная, то мы радостно сможем армировать ее изолентой, до тех пор пока не получим синий или черный квадрат Малевича, в итоге наш спектроскоп не должен пропускать никакого света, кроме света через щель.

4. Берем желательно старый ненужный телефон (нет ну в принципе можно взять любой). И приклеиваем к его корпусу нашу конструкцию, предварительно определив куда будем приклеивать, так чтобы спектр нормально попадал в камеру. Можно конечно не приклеивать а каждый раз прикладывать, но это неудобно и спектры будут часто съезжать. Да кстати вовсе необязательно крепить к телефону, можно и к веб камере, как вам удобней. На фото самодельный спектрометр (обклеенный), и два комплекте первый его тот же самый но из комплекта, второй похожий по принципу но из пластика (качество по лучше):

5. Обязательно идем снимать спектр компактной люминесцентной лампы (КЛЛ) или на худой конец обычной люминесцентной лампы, а потом уже все что душе годно После того как мы сфотографировали все спектры, что хотели. Их необходимо обработать, можно в любом графическом редакторе. Я как правило кадрирую и при необходимости центрирую. Поскольку метод калибровки (об этом ниже) предусматривает сравнение с эталоном, то надо чтобы все полоски спектра на всех снимках находились в одном и том же месте (насколько это возможно) или в итоге вы получите, что компьютер будет воспринимать сдвинутое изображение как свет с другой длиной волны.

6. Регистрируемся на портале, жмем capture spectra upload и первым делом загружаем туда наш снимок спектра КЛЛ, он нам необходим для калибровки после того, как рисунок загрузился и открылась картинка со спектром, возможно понадобится провести ряд манипуляций

6.1 Если изображение не лежит горизонтально если фиолетово-синя зона не лежит слева, а красно оранжевая права значит надо нажать more tools и пользуясь инструментами поворота и отражения повернуть спектр как нам надо. после чего рекомендую Нажать кнопку “re extract from foto (там же в инструментах) после этого компьютер нам построит кривую которая будет согласована с картинкой спектра, правда нам не хватает длин волн.
6.2 Можно откорректировать график спектра, выбрав автоматически самый яркий спектр (в меню more tools) или в ручную выбрав set sample row и кликнув на наиболее удачном участке спектра а изображении.
6.3 Жмем кнопку calibrate, жмем begin и на графике мышкой кликаем на вершину среднего синего спектра(как на примере в инструкции), потом также выбираем зеленый максимум. Теперь у нас есть откалиброванный эталон. Этот эталон можно применять к рисункам загруженным и обработанным по п. 6.1. после чего у них тоже появится шкала длин волн.
6.4 Вы можете применить калибровку к любому снимку нажав calibrate->use existing calibration и выбрав ваш эталон, но помните, что если у вас отклеился приклеенный к камере спектрометр например, то возможно ошибка будет большой и надо будет пере калибровать.
6.5 Все дальше данные можно забирать в разных форматах и строить графики например в эксель, это конечно не самый точный метод, но существенно лучше чем совсем ничего при должно сноровке вы сможете получать снимки которые коррелируют с реальностью.

Часть 3 — Кратко о воздействии света на человека

На десерт, совсем кратко о воздействии света на человека

Свет воздействует на циркадные ритмы человека.
Свет особенно в синей области способен подавлять выработку мелатонина, гормона отвечающего за наше спокойное восстановление, чем меньше мелатонина тем большей стресс мы испытываем, с одной стороны это хорошо, днем когда надо взбодрится, с другой стороны поздним вечером и перед сном это нарушит ваши биоритмы и вам будет и трудней заснуть и эффективность сна будет ниже. Следует отметить, что безусловно важна мощность источника света(световой поток), время проведенное под ним, а также возраст (дети более восприимчивы, пожилые люди существенно меньше).

На картинке представлена одна из усреднённых зависимостей степени подавления мелатонина от длинны волны излучения, есть и другие вариации на тему этой функции, можно поискать в соответствующих источниках.
Журнал светотехника №3 за 2012.
Если вкратце, то для успокоения лучше использовать теплые цвета (лампы накаливания, светодиодные лампы с удаленным люминофором).

Чтобы взбодрится лучше использовать лампы дневного света:

Помимо циркадного воздействия. свет также оказывает негативное воздействие на органы зрения, избыточный синий свет приводит к повреждению глаза, опять таки дети особенно восприимчивы (статья об этом в том же номере светотехники), поэтому долго смотреть на светодиодные или люминесцентные лампы холодного белого света не стоит.

Также важный фактор, естественный свет содержит ультрафиолетовое излучение,
Которое способствует выработке витамина Д, противорахитным действием, ну и просто активизирует потаенные фотобиологические процессы в организме человека.
Надо отметить, что через оконное стекло проходит только УФ-А, а искусственные источники света как правило не рассчитаны на покрытие дефицита УФ излучения и либо не излучают УФ вовсе либо это побочный продукт не рассчитанный на устранении светового голодания.
Так что если вы много сидите в «бетонных коробках», будет полезно иногда облучаться соответствующими УФ лампами, или просто выходить погулять.
Подробней о воздействии света можно почитать тут.

Ну вот вроде бы и все, статья получилась большая, думаю, что еще не скоро что-то осилю, поэтому спасибо всем, кто прочитал, берегите здоровье.

О пульсации *Бонус

Все искусственные источники света (лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные), в той или иной степени пульсируют (световой поток в течении времени то становится меньше то больше), в зависимости от частоты пульсации наш глаз может это заметить, а может и не заметить, в любом случае понять что пульсация вредна достаточно просто, прогуляйтесь до любого светильника с некачественными люминесцентными лампами и пристально посмотрите на него минуту (хотя говорят, что если долго всматриваться в люминесцентную лампу то люминесцентная лампа начнет всматриваться в тебя).

Существуют различные способы снизить пульсацию, как правило они заключаются в применение качественных электронных устройств питания и управления (ЭПРА для люминесцентных ламп, или драйверы для светодиодов).

Но поскольку на мой взгляд достоверно из совсем уж подручных средств пульсацию не померить, то мы остановимся на вопросе спектральной характеристики света, а всем интересующимся измерением пульсации можно заглянуть

сюда

.


Спектры испускания типовых источников света

Мне нравится Philips Hue – моя система умного освещения, которую я приобрел более года назад. Система позволяет устанавливать миллионы различных цветов и тысячи уровней яркости для набора из 18 ламп с помощью смартфона. Вы также можете запрограммировать систему на автоматическое включение по мере приближения к вашему месту жительства (т.н. геозонирование) или в определенное время дня. Но как качество света сравнивается с другими доступными на рынке технологиями освещения?

Интуитивно понятная система домашнего освещения

Система Philips Hue работает, изменяя долю синего, зеленого и красного света в итоговом излучении на выходе. Изменения можно производить непосредственно со своего смартфона. Если вы чувствительны к определенному цвету видимого спектра, то вы можете просто отключить его. Вы можете настроить освещение в зависимости от вашего настроения, например, чтобы помочь сосредоточиться, зарядиться энергией, почитать или расслабиться. Например, существует режим «Концентрация», который преимущественно выводит больше синего света, который, как считается повышает усидчивость и сосредоточенность внимания. Отдыхая по вечерам, я использую режим «Закат», для которого используется больше красных и оранжевых оттенков.

Прожив некоторое время с этой системой, я также обнаружил некоторые долгосрочные преимущества:

  • Я, как правило, легче засыпаю по ночам, по сравнению с тем прошлым периодом, когда я использовал мои старые флуоресцентные лампы.
  • Мой счет за электричество снизился примерно на 21 доллар в месяц с момента обновления системы. Это связано с тем, что светодиодная лампа мощностью 12 Вт выдает тот же оптический выход, что и лампа накаливания мощностью 60 Вт.

Сравнение некоторых настроек системы освещения в моей квартире. Слева: Опция «Мягкий белый». В середине: Опция «Красный». Справа: Опция «Синий дождь».

Я пытался убедить своих родителей купить систему, но моя «рекламная кампания» никак не повлияла на них. В итоге я купил им такую систему в качестве рождественского подарка, так как я такой хороший сын. Первый комментарий, который я услышал, демонстрируя систему, был: «Вау, освещение кажется таким естественным.» Это побудило меня исследовать, почему это так, и можно ли использовать программное обеспечение COMSOL Multiphysics® для исследования лежащей в основе этого эффекта физики. Ответ кроется в спектре испускания высокоэффективных светодиодных ламп (LED). Сравнивая спектр испускания естественного света с аналогичным спектром ламп накаливания, люминесцентных ламп и светодиодных ламп, мы можем лучше разобраться в этом явлении.

Оценка спектров испускания с помощью COMSOL Multiphysics

Спектры испускания естественного дневного света, а также ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп приведены ниже. Как вы увидите, спектры искусственных источников очень разные, и ни один из них не может полностью воспроизвести естественный свет.

Естественный дневной свет

Давайте начнем с анализа дневного света, поступающего на поверхность земли от солнца. В настоящее время нет практического способа воспроизвести спектр излучения с помощью искусственного источника света. Однако световые колодцы (или оптические волнопроводы) можно использовать для перенаправления дневного света в подземные помещения, такие как станции метро. Отличный пример такого оснащения – это подземный железнодорожный вокзал в Берлине. Выход светового колодца расположен над станцией (показано ниже, на левом изображении) и собирает свет, который передается по специальной трубе и «спускается» в подземную станцию (показано ниже, справа).

Слева: Световой колодец у входа на железнодорожный вокзал в Берлине. Изображение предоставлено Dabbelju — собственная работа. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0из Wikimedia Commons. Справа: Оптический волнопровод пропускает свет в подземный зал станции. Изображение предоставлено Till — Krech Flickr. Доступно по лицензии CC BY 2.0из Wikimedia Commons.

Световой колодец создает более естественное освещение железнодорожного вокзала в течение дня. Очевидным недостатком является тот факт, что он не будет работать в ночное время, создавая необходимость в реализации искусственного освещения, имитирующего естественный дневной свет.

Спектр испускания естественного света обычно соответствует распределению Планка в видимой части спектра, визуализацию которого мы можем видеть на графике ниже. Ни один цвет не является резко предпочтительным по сравнению с другим, хотя интенсивность наиболее высока в светло-голубой области, около длины волны 460 нм.


Спектр испускания видимого света от солнца на поверхности земли.

Лампы накаливания

Основным элементом лампы накаливания является вольфрамовая нить накаливания, которая резистивно нагревается при протекании электрического тока. При температуре около 2000 К нить лампы накаливания начинает излучать видимый свет. Чтобы вольфрамовая проволока не сгорела, колбу заполняют инертным газом, обычно аргоном. Тепло, генерируемое в нити, переносится в окружающую среду посредством излучения, конвекции и теплопроводности. В спектре испускания лампы накаливания присутствует большая доля красного света, чем в спектре естественного дневного света. Эмиссия «уходит» даже в инфракрасную часть электромагнитного спектра, что приводит к потере энергии и снижению общей эффективности лампы.


Спектр испускания в видимом диапазоне для типовой лампы накаливания.

Люминесцентные лампы

Люминесцентная лампа обычно состоит из длинной стеклянной трубки, содержащей смесь ртути низкого давления и благородного газа типа аргона. Внутри этой трубки образуется неравновесный разряд (плазма). Это означает, что температура электронов отличается от температуры окружающей газовой смеси. Например, температура электронов может быть порядка 20 000 К, но температура газа остается относительно близкой к комнатной температуре, т.е. к 300 К. Поскольку плазма не находится в равновесии, ударные электронные реакции изменяют химический состав газовой смеси в соответствии с процессами столкновений. Эти столкновения могут приводит к появлению электронно возбужденных нейтральных частиц, которые впоследствии могут вызвать спонтанное излучение фотонов на определенных длинах волн.

Видимый свет создается двумя механизмами: оптическим излучением непосредственно из разряда или возбуждением люминофоров на поверхности трубки. Флуоресцентные лампы часто вызывают проблемы у людей, страдающих расстройством зрения, называемым синдромом Ирлен. Кроме того, люди часто жалуются на головные боли и мигрени при длительном воздействии флуоресцентных ламп.

Как вы можете видеть на графике ниже, спектр испускания источника люминесцентного света выглядит довольно странно. Квантование происходит либо за счет прямого излучения плазмы, либо за счет люминофоров, но для человеческого глаза излучаемый свет всё ещё кажется белым. Как и лампы накаливания, люминесцентные лампы могут быть неэффективными, потому что плазма должна поддерживаться, и она излучает в невидимом диапазоне.


Спектр испускания типовой люминесцентной лампы.

Светодиодные лампы (LED)

Светодиоды (LED) инициировали революцию в светотехнической индустрии: зачастую они гораздо более эффективны с точки зрения светоотдачи и более долговечны, чем традиционные лампы на основе технологии накаливания. Например, типовые бытовые светодиодные лампы работают на 10-20% мощности, необходимой для работы лампы накаливания сопоставимой яркости. Они также имеют срок службы более 25 000 часов, что значительно больше 1000 часов для ламп накаливания.

Светодиоды намного эффективнее ламп накаливания, т.к. они основаны на другом принципе функционирования. Светодиоды — это полупроводниковые устройства, которые излучают свет, когда электроны зоны проводимости переходят через запрещенную зону в следствие излучательной рекомбинации с дырками в валентной зоне. В отличие от ламп накаливания светодиоды излучают свет в очень узком диапазоне длин волн.

Первоначально в 1950-х и 1960-х годах были разработаны красные, зеленые и желтые светодиоды. Однако именно изобретение синего светодиода привело к созданию новых эффективных источников белого света. Синий свет, излучаемый такими светодиодами, может использоваться для стимулирования более широкого спектра испускания от слоя люминофора вокруг корпуса светодиода или может быть непосредственно скомбинирован с красными и зелеными светодиодами для создания белого света.

Как показано на графике ниже, спектры светодиодов с желтым люминофором приближаются к спектру естественного дневного света. В нем больше интенсивность синего света, чем в лампе накаливания, и почти вся мощность испускается в видимом спектре.


Спектр испускания типовой светодиодной лампы с тёплой белой световой температурой.

Комбинирование источников света

Для сравнения различные спектры испускания выведены на один сводный график ниже. Хотя ни одна из ламп точно не воспроизводит естественный дневной свет, но светодиодная лампа явно является лучшим из возможных приближений. Спектр ограничен видимым диапазоном, что делает устройство очень эффективным.


Спектры испускания дневного света и типовой лампы накаливания, люминесцентной лампы и светодиодной лампы.

Как правило, лампы накаливания и люминесцентные лампы имеют фиксированный оптический выход. Светодиодные лампы с фиксированным спектром испускания также доступны. На основе построенных спектров испускания для различных источников света, мы можем сделать вывод, что светодиодные лампы наиболее точно воспроизводят естественный дневной свет.

Дополнительная информация о способах моделирования источников света

Как мы узнали, существует множество различных способов создания искусственного света. Все они могут быть смоделированы при различном уровне детализации с использованием программы COMSOL Multiphysics и модулей расширения «Полупроводники», «Плазма», «Теплопередача» и «Геометрическая оптика».

  • Статьи в корпоративном блоге:
  • Учебные модели:

PHILIPS является зарегистрированным товарным знаком корпорации Koninklijke Philips N.V. и её дочерних компаний.

Характеристики цвета ламп освещения как источника света.

Температура цвета ламп.

Светотехнические изделия занимают самую многочисленную группу электроприборов в каждом помещении. Лампы являются наиважнейшим элементом быта и в условиях труда человека.  Для общего освещения в жилых и не жилых помещениях не рекомендуется сочитать различные разновидности ламп, так как это очень вредно для зрения. Не следует применять одновременно люминесцентные лампы дневного света и лампы накаливания.

К светотехническим характеристикам источников света относится цветовая температура или температура цвета. Это условная величина, описывающая цвет, излучаемый самой лампой, в сравнении с цветом абсолютно «черного тела», являющимся постоянной величиной. Измеряется эта характеристика в градусах Кельвина (сокращенно К). У ламп накаливания этот показатель близок к температуре накаливаемого тела. Зрение человека воспринимает свет ламп с разными цветовыми температурами по-разному, чем выше температура цвета, тем холоднее воспринимается излучаемый свет.

для стандартных ламп накаливания с мощностью от 40 до 100 Ватт, цветовая температура составляет 2700 — 2900К,

для галогенных ламп накаливания цветовая температура составляет 2900 — 3100К.

для люминесцентных ламп тепло-белый цвет при цветовой температуре 2700 – 3300К, белый нейтральный свет при температуре 3500 — 4500К, а холодно-белый (дневной) свет при 5000 — 6500К.

Постепенно нагреваемый идеальный излучатель (черное тело) испускает свет различной цветовой окраски в зависимости от температур. Цветовой температурой лампы является температура, до которой необходимо нагреть черное тело, чтобы тон испускаемого им света был примерно того же спектрального состава и цветовой окраски, что и свет заданного источника.

 

В маркировке лампыЦветовая температураНаименование цвета
8272 700 К
теплый свет
830, 930, WDL, ww
3 000 К
теплый белый свет
8353 500 К
белый свет
640, 840, 940, NDL, nw4 000 К
холодный белый свет (нейтральный)
950, D, dw
5 000 К
дневной свет
765, 865, 965, CD
6 500 К
холодный дневной свет

Нажмите на логотип производителя, чтобы посмотреть все его товары в каталоге.

Люминесцентные лампы

Раньше я делал колонки по источникам света и светодиодам (LED), но есть один вид света, который становится все более популярным в нашей повседневной жизни — флуоресцентный свет. Здесь мы посмотрим, чем эти источники света спектроскопически отличаются от старомодных ламп накаливания.

Томас Эдисон не был первым человеком, который работал с лампами накаливания — действительно, такие ранние ученые, как Хамфри Дэви и Алессандро Вольта, пытались использовать электричество, чтобы нагреть вещество до раскаленного состояния.Однако Эдисон был первым, кто создал практичную и коммерчески жизнеспособную лампочку. Поскольку лампы накаливания меняют культуру, они сталкиваются с одной серьезной проблемой: неэффективностью. До 90% энергии, выделяемой лампой накаливания, составляет тепло. Это может быть полезно, если вы живете на Северном полюсе, но в большинстве стран с умеренным климатом это просто увеличивает повышение температуры, с которым необходимо бороться с помощью кондиционирования воздуха. Лампы накаливания не являются оптимальным источником света.

Однако есть несколько способов генерировать свет.Он использует идеи квантовой механики вместо теплофизики.

Флуоресценция

Флуоресценция — это процесс, при котором вещество поглощает свет, а затем излучает свет с другой длиной волны. В большинстве случаев флуоресцентные материалы излучают свет с более низкой частотой и энергией, чем поглощается, хотя иногда бывают двухфотонные излучения, при которых излучаемый свет имеет более высокую энергию. Слово «флуоресценция» было придумано британским физиком Г.Г. Стокса в 1852 г. после минерала флюорита (кристаллический CaF 2 ), который сильно флуоресцирует из-за примесей.Он наблюдался еще в 1560-х годах, но только в середине 19 века Стокс описал это явление после экспериментов с ультрафиолетовым светом (который сам был идентифицирован как часть спектра только в 1801 году).

Рисунок 1: Схема процесса флуоресценции: 1 = возбуждение, 2 = релаксация и 3 = излучение. Начальное и промежуточное возбужденные состояния могут быть разными электронными состояниями или даже двумя разными состояниями в колебательном многообразии одного и того же электронного состояния.Подробности см. В тексте.

Механизм флуоресценции должен был подождать до понимания квантованных энергий атомов в молекулах, но упрощенная версия механизма показана на рисунке 1. Атом или молекула поглощает фотон света (шаг 1 на рисунке 1). За конечное, но короткое время система находится в возбужденном состоянии, она теряет энергию по какому-то механизму, например, столкновениям с молекулами растворителя или передаче колебательной энергии соседним атомам или молекулам. Этот этап (этап 2 на рисунке) обычно называют «безызлучательной релаксацией» или «безызлучательным распадом».«Потеря энергии останавливается в некотором промежуточном, но более низком энергетическом состоянии. Затем система излучает фотон и возвращается в основное (или другое более низкое) состояние (шаг 3 на рисунке). Поскольку промежуточное состояние имеет более низкую энергию, чем В начальном возбужденном состоянии излучаемый фотон имеет более низкую энергию, чем возбуждающий фотон, что приводит к видимому сдвигу длины волны или цвета; это называется стоксовым сдвигом в честь вышеупомянутого британского физика. Наконец, в процессах флуоресценции энергетические состояния задействованные имеют одинаковую множественность (то есть общий спин электрона), поэтому сдвиги между состояниями разрешены квантово-механически и поэтому происходят довольно быстро — порядка наносекунд.Таким образом, мы воспринимаем процессы флуоресценции, как непосредственно связанные с наличием источника возбуждающих фотонов. (Сравните это с фосфоресценцией, которая включает в себя запрещенный по спину переход и поэтому является относительно медленной, имея время жизни порядка минут или часов.)

Многие минералы и органические молекулы флуоресцируют. Геология использует флуоресценцию, чтобы помочь идентифицировать определенные минералы и драгоценные камни. Хинин, природное противомалярийное соединение, содержащееся в хинном дереве, флуоресцирует, как и вазелин.Зеленый флуоресцентный белок (GFP) — это белок из 238 аминокислот, широко используемый в молекулярной и клеточной биологии; его разработчики получили Нобелевскую премию по химии 2008 года в знак признания его важности. Флуоресцентная спектроскопия сама по себе является одним из основных видов спектроскопии, но это уже другая колонка.

Флуоресцентные лампы: разработка

В 1856 году немецкий стеклодув Генрих Гайсслер изобрел вакуумный насос на основе ртути, который мог откачивать стекло лучше, чем это было ранее.Когда через трубку пропускали электрический ток, остаточные пары ртути в трубке светились ярко-зеленым светом. (Давление паров ртути при комнатной температуре составляет около 0,002 торр, поэтому это был лучший вакуум, который мог получить Гейслер в то время.) Присутствие других газовых примесей в этих так называемых трубках Гейсслера могло давать другие цвета, поэтому они стали популярными. развлечения. Позже создание более качественного вакуума уменьшило количество производимого света, но трубки Гейсслера были предшественниками электронно-лучевых трубок (ЭЛТ), которые были основой лампового телевидения; Трубки Крукса, эксперименты в которых привели к открытию электрона; и люминесцентные лампы.

В 1859 году Эдмон Беккерель (отец Анри Беккереля, открывшего радиоактивность) покрыл трубку Гейсслера флуоресцентным материалом, создав первый элементарный люминесцентный свет. Однако он работал недолго и давал очень слабый свет. Хотя Эдисон и Николай Тесла возились с подобными системами, только в 1895 году Дэниел Мур, бывший сотрудник Эдисона, сконструировал работоспособный флуоресцентный свет, используя углекислый газ в качестве излучающего вещества. Она была примерно в три раза эффективнее, чем лампы накаливания того времени, и по иронии судьбы стимулировала разработку более эффективных ламп накаливания, что в конечном итоге вытеснило лампу Мура с рынка.

В 1901 году американский инженер Питер Купер Хьюитт запатентовал газоразрядную трубку на парах ртути, аналогичную оригинальной трубке Гейсслера. Однако излучаемый ею свет был тяжелым сине-зеленым, что давало неестественный цвет. С другой стороны, они были намного более энергоэффективными, так как использовали гораздо более низкие напряжения для обеспечения такой же яркости, как лампа накаливания. Разработка трубок, содержащих пары ртути, продолжалась, но в основном в Европе. К 1930-м годам покрытия из флуоресцентных материалов использовались для коррекции цвета и увеличения количества излучаемого видимого света, а также в качестве балласта для регулирования тока на начальных этапах работы.Коммерческая продажа приемлемых, относительно современных люминесцентных ламп началась компанией General Electric в 1938 году, а к 1950-м годам в Соединенных Штатах флуоресцентные лампы производили больше света, чем лампы накаливания.

Современные люминесцентные лампы

Современные люминесцентные лампы (рис. 2) имеют длину от нескольких дюймов до нескольких метров. Обычно флуоресцентный свет содержит несколько миллиграммов ртути, которые необходимо испарить, чтобы свет работал должным образом. Свет также заполнен несколькими торрами инертного газа, такого как неон или аргон — не слишком много, иначе газ внутри колбы будет настолько резистивным, что электрический ток не сможет пройти.Внутренняя часть лампы покрыта люминофором (довольно странный термин для материала в люминесцентных лампах, но слово «флюор» звучит забавно), который обычно представляет собой легированную соль металла. Более старые люминофоры для люминесцентных ламп: (Sr, Mg) 3 (PO 4 ) 2 с добавками олова и Ca 5 (F, Cl) (PO 4 ) 3 с добавками сурьмы и марганца. ; В современных люминесцентных лампах используются различные соли редкоземельных металлов, такие как LaPO 4 , легированный тербием и церием, в сочетании с Y 2 O 3 , легированный европием.

Рисунок 2: Несколько моделей современных люминесцентных ламп (Getty Images).

Когда он включен, электроды люминесцентного света генерируют электроны, которые сталкиваются с атомами ртути и возбуждают электроны в ртути. Эти электроны возвращаются в свое основное состояние, испуская свет. Поскольку свет генерирует ионы, его проводимость увеличивается, поэтому ток должен регулироваться балластом, чтобы ограничить ток. Но, как упоминалось выше, большая часть генерируемого света находится в ультрафиолетовом и синем конце спектра.Этот свет возбуждает люминофорное покрытие на стеклянной колбе, которое флуоресцирует с эффективностью более 80%, то есть 80% УФ-фотонов преобразуются в фотоны видимого света (остальные преобразуются в тепло). Комбинированный спектр ртути и люминофора дает характерный свет люминесцентной лампы. Люминесцентные лампы преобразуют более 20% электроэнергии в свет, что в 10 раз эффективнее, чем лампы накаливания. Кроме того, они генерируют только около одной трети тепла, которое выделяет лампа накаливания, что значительно снижает тепловыделение при том же количестве света.

Хотя флуоресцентный свет приближается к естественному белому свету, спектр флуоресцентного света не является непрерывным спектром лампы накаливания. На рисунке 3 показано сравнение двух типов лампочек. Лампа накаливания излучает непрерывный спектр, так как он приближается к черному телу. Однако флуоресцентный свет состоит из широких, но дискретных частей спектра. Это то, что составляет воспринимаемую разницу между мощностью двух разных типов лампочек.

Рис. 3. Сравнение спектров (а) лампы накаливания и (б) типичного люминесцентного света. Лампа накаливания дает непрерывный спектр, а флуоресцентный свет дает дискретные линии, типичные для спектра ртути и люминофора.

(Хотите быстро определить, является ли свет лампы накаливанием или флуоресцентным? Воспользуйтесь компакт-диском или DVD-диском, чтобы создать спектр лампы — крошечные бороздки на диске действуют как решетка. Если светильник накаливания, вы увидеть полный спектр.Если свет флуоресцентный, спектр будет разделен на определенные цвета, как на рисунке 3. Попробуйте! Это не повредит диску.)

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) стали модной заменой обычных лампочек в лампах. Хотя они были впервые построены в середине 1970-х годов, они не были коммерчески доступны до середины 1990-х годов и с тех пор пользуются все большей популярностью. Почему им потребовалось так много времени, чтобы стать коммерчески жизнеспособными? Потому что для таких маленьких ламп нужно было разработать новые балласты.Требуется стандартная 4-футовая люминесцентная лампа, ну, 4 фута для установки, и балласт может быть такого же большого размера. Но для того, чтобы вставить люминесцентную лампу в настольную лампу, потребовалось, чтобы балласт был намного меньше, если вся конструкция должна была заменить вашу стандартную лампу накаливания мощностью 100 Вт.

Дэвид В. Болл — профессор химии Кливлендского государственного университета в Огайо. Многие из его колонок «Базовый уровень» были переизданы как Основы спектроскопии , доступные через SPIE Press.Профессор Болл рассматривает спектроскопию с точки зрения физической химии, потому что это его опыт. Недавно он работал заслуженным приглашенным профессором в Академии ВВС США, но сейчас вернулся домой в Огайо. С ним можно связаться по адресу [email protected]

Дэвид В. Болл

Что такое спектр флуоресцентного света?

Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) заменили лампы накаливания во многих домах и офисах. Люминесцентные лампы служат дольше и потребляют меньше энергии, что экономит деньги.Кроме того, они вырабатывают энергию иначе, чем лампы накаливания, обеспечивая световой спектр с другим спектром длин волн. Люминесцентные лампы излучают больше коротковолнового света, чем лампы накаливания.

TL; DR (слишком долго; не читал)

Спектр люминесцентного освещения варьируется от теплого белого до почти дневного, в зависимости от люминесцентного покрытия лампы.

Флуоресцентный свет: как это работает

Флуоресцентный свет возникает в результате двух типов энергетических взаимодействий.Первый возникает, когда электричество проходит через газ в лампе, заставляя ее излучать ультрафиолетовый свет. Люминофорное покрытие внутри лампы поглощает УФ-лучи, в свою очередь, производя второй тип энергии — видимый свет. Тип люминофорного материала, используемого в лампе, влияет на спектр света, излучаемого люминесцентными лампами.

Спектральные характеристики люминесцентных ламп

Флуоресцентный спектр содержит длины волн света, производимые люминофорным покрытием, которые прибор, называемый спектрометром, измеряет и отображает в виде графика.Свет в типичном флуоресцентном спектре сильно колеблется с синими, небольшими зелеными и красными длинами волн, с несколькими вариациями в зависимости от типа лампы.

Теплый белый

Специалисты по освещению относятся к различным оттенкам белого света с точки зрения «цветовой температуры», которая указывает на то, как свет раскаленного добела объекта сравнивается с другими видами освещения: солнцем, свечами, лампами накаливания и т. Д. люминесцентные лампы. Различные люминесцентные лампы излучают свет разной цветовой температуры.Чем «теплее» лампа, тем более красноватым будет световой спектр. Как это ни парадоксально, более низкие температуры производят так называемый «теплый белый» флуоресцентный цвет, который похож на лампу накаливания, но с большим количеством оранжевого. При чуть более высоких цветовых температурах получаются теплые белые цвета с меньшим количеством красного.

Холодный белый

Холодно-белые люминесцентные лампы имеют цветовую температуру от средней до высокой и излучают простой белый или ледяной белый цвет. Самые высокие цветовые температуры дают еще более голубой свет, который включает красные и оранжевые цвета от предыдущих температур, но добавляет голубые длины волн, которые окрашивают общий спектр.

Full Spectrum

Некоторые типы люминесцентных ламп излучают «полный спектр» света, который имитирует спектр и цветовую температуру реального дневного света. Эти лампы могут быть полезны людям, чувствительным к более холодным цветам других люминесцентных ламп, но их чаще всего используют в качестве светильников для выращивания растений. Комнатные растения хорошо реагируют на весь спектр этих специальных луковиц.

Расчет спектров излучения от обычных источников света

Мне очень нравится моя система освещения Philips Hue, которую я купил более года назад.Система позволяет с помощью смартфона установить миллионы различных цветов и тысячи уровней яркости для 18 лампочек. Вы также можете запрограммировать автоматическое включение системы при приближении к дому, известное как геозона, или в определенное время дня. Но как качество света по сравнению с другими технологиями освещения?

Интуитивно понятная система домашнего освещения

Система Philips Hue работает, изменяя количество излучаемого синего, зеленого и красного света, которое вы можете установить прямо со своего смартфона.Если вы чувствительны к определенному цвету света, вы можете просто избегать его. Вы можете настроить освещение в зависимости от вашего настроения, чтобы сосредоточиться, зарядиться энергией, прочитать или расслабиться. Например, есть режим «Концентрация», который предпочтительно выделяет больше синего света, что, как было показано, улучшает способность концентрироваться. Отдыхая по вечерам, я использую режим «Закат», который дает больше красных и оранжевых оттенков.

Побывав с этой системой какое-то время, я также обнаружил некоторые долгосрочные преимущества:

  • Ночью я засыпаю легче, чем когда у меня были старые люминесцентные лампы.
  • С момента обновления системы мой счет за электроэнергию снизился примерно на 21 доллар в месяц. Это связано с тем, что светоизлучающая лампа (LED) мощностью 12 Вт может давать такой же оптический выход, как лампа накаливания мощностью 60 Вт.

Сравнение некоторых настроек системы освещения в моей квартире. Слева: мягкий белый. В центре: красный. Справа: синий дождь.

Я пытался убедить своих родителей купить систему, но мой коммерческий аргумент не повлиял на них. Я недавно купил им систему в качестве рождественского подарка, так как я такой хороший сын.Первый комментарий, который я услышал при демонстрации системы, был: «Ого, свет такой естественный». Это побудило меня выяснить, почему это так, и можно ли использовать программное обеспечение COMSOL Multiphysics® для исследования лежащих в основе физики. Ответ кроется в спектре излучения высокоэффективных светодиодных ламп. Сравнивая спектр излучения естественного света со спектром излучения ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп, мы можем лучше понять это явление.

Построение спектров излучения в COMSOL Multiphysics

Спектры излучения естественного дневного света, а также ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп представлены ниже.Как вы увидите, спектры излучения очень разные, и ни один из них не может идеально воспроизвести естественный дневной свет.

Естественный дневной свет

Начнем с дневного света, приходящего на поверхность земли от солнца. В настоящее время нет возможности воспроизвести спектр излучения искусственным источником света. Однако световые трубки (или световые трубки) можно использовать для перенаправления входящего дневного света в подземные места, например, станции метро. Один из примеров — подземный вокзал в Берлине.Световая труба проходит над станцией (показано ниже, на левом изображении) и собирает свет, который передается через специальную трубу вниз в подземную станцию ​​(показано ниже, справа).

Слева: световая трубка у входа на вокзал в Берлине. Изображение Даббелю — Собственная работа. Под лицензией CC BY-SA 3.0 через Wikimedia Commons. Справа: световая трубка передает свет в подземный терминал. Изображение Тилля Креча — Flickr. Лицензия CC BY 2.0 через Wikimedia Commons.

Световод создает более естественное освещение вокзала в дневное время. Очевидным недостатком этого подхода является то, что он не работает ночью, что создает необходимость в искусственном освещении, имитирующем естественный дневной свет.

Спектр излучения естественного света обычно соответствует распределению Планка в видимой части спектра, как мы можем видеть ниже. Ни один цвет не имеет существенного преимущества перед другим, хотя интенсивность наиболее высока в голубой области, около 460 нм.


Спектр излучения видимого света, приходящего на поверхность Земли от Солнца.

Лампы накаливания

Лампа накаливания содержит вольфрамовую нить, которая резистивно нагревается, когда через нее проходит ток. При температуре около 2000 К нить накала начинает излучать видимый свет. Чтобы вольфрамовая проволока не загорелась, колбу наполняют газом, обычно аргоном. Тепло, выделяемое в нити накала, переносится в окружающую среду посредством излучения, конвекции и теплопроводности.Лампа накаливания излучает больше красного света, чем естественный дневной свет. Излучение распространяется даже в инфракрасную часть электромагнитного спектра, что тратит впустую энергию и снижает общую эффективность лампы.


Спектр излучения в видимом диапазоне типичной лампы накаливания.

Люминесцентные лампы

Люминесцентная лампа обычно состоит из длинной стеклянной трубки, содержащей смесь ртути и инертного газа, такого как аргон, под низким давлением.Внутри этой трубки образуется неравновесный разряд (плазма). Это означает, что температура электронов отличается от температуры окружающей газовой смеси. Например, температура электронов может быть порядка 20000 К, но температура газа остается относительно близкой к комнатной температуре, 300 К. Поскольку плазма не находится в равновесии, реакции электронного удара изменяют химический состав газовой смеси. способом, управляемым столкновительными процессами.Эти столкновения могут создавать электронно-возбужденные нейтралы, которые впоследствии могут вызывать спонтанное излучение фотонов с определенными длинами волн.

Видимый свет создается двумя способами: оптическим излучением непосредственно из разряда или возбуждением люминофором на поверхности трубки. Флуоресцентное освещение часто вызывает проблемы у людей, страдающих расстройством зрения, называемым синдромом Ирлена, и, как ни странно, люди часто жалуются на головные боли и мигрени при длительном воздействии флуоресцентного света.

Как вы можете видеть на графике ниже, спектр излучения флуоресцентного источника света выглядит довольно странно. Квантование происходит из-за прямого излучения плазмы или люминофора, но человеческому глазу излучаемый свет все еще кажется белым. Как и лампы накаливания, люминесцентные лампы могут быть неэффективными, потому что плазму нужно поддерживать, и она испускает излучение в невидимом диапазоне.


Спектр излучения типичной люминесцентной лампы.

Светодиодные лампы
Светодиоды

производят революцию в индустрии освещения, поскольку они часто намного эффективнее с точки зрения световой отдачи и более долговечны, чем традиционные технологии освещения лампами накаливания.Например, обычные потребительские светодиодные лампы работают на 10-20% мощности, необходимой для работы лампы накаливания сопоставимой яркости. У них также есть срок службы более 25 000 часов, по сравнению с только 1000 часами для ламп накаливания.

Светодиоды

намного эффективнее ламп накаливания, потому что они работают совершенно по-другому. Светодиоды — это полупроводниковые устройства, которые излучают свет, когда электроны в зоне проводимости переходят через запрещенную зону посредством излучательной рекомбинации с дырками в валентной зоне.В отличие от ламп накаливания, светодиоды излучают свет в очень узком диапазоне длин волн.

Изначально красные, зеленые и желтые светодиоды были разработаны в 1950-х и 1960-х годах. Однако именно изобретение синего светодиода привело к созданию новых эффективных источников белого света. Синий свет, излучаемый такими светодиодами, можно использовать для стимулирования более широкого спектра излучения от слоя люминофора вокруг корпуса светодиода или можно напрямую комбинировать с красными и зелеными светодиодами для создания белого света.

Как показано на графике ниже, спектры светодиодов для желтого люминофора становятся ближе к спектрам естественного дневного света.Синего света больше, чем у лампы накаливания, и почти вся мощность излучается в видимом спектре.


Спектр излучения типичной светодиодной лампы в теплом белом цвете.

Комбинированные источники света

Различные спектры излучения отложены на одной оси ниже. Хотя ни одна из ламп точно не воспроизводит естественный дневной свет, очевидно, что светодиодная лампа является лучшим приближением. Все излучение происходит в видимом диапазоне, что делает устройство очень эффективным.


Спектры излучения дневного света и обычных ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп.

Обычно лампы накаливания и люминесцентные лампы имеют фиксированный оптический выход. Также доступны светодиодные лампы с фиксированным спектром излучения. Построив спектры излучения различных источников света, мы можем сделать вывод, что светодиодные лампы наиболее точно воспроизводят естественный дневной свет.

Узнайте больше о способах моделирования источников света

Как мы видели в этом сообщении в блоге, существует множество различных способов создания искусственного света.Все описанные выше методы можно смоделировать на различных уровнях детализации с помощью COMSOL Multiphysics с модулями полупроводников, плазмы, теплопередачи или лучевой оптики.

  • Прочитать запись в блоге:
  • Загрузите учебную модель:

PHILIPS — зарегистрированная торговая марка Koninklijke Philips N.V. и ее дочерних компаний.

Файл: Пики спектра флуоресцентного освещения labelled.gif

Сводка [править]

Описание Пики спектра люминесцентного освещения помечены.gif

Английский: Спектр флуоресцентного освещения с пронумерованными пиками излучения. График зависимости интенсивности (количество) от длины волны (нм) в видимом спектре.

Дата 20 октября 2005 (дата загрузки)
Источник Собственная работа
Перенесено из en.wikipedia в Commons пользователем Joonasl.
Автор Deglr6328 в английской Википедии



.tpl-сворачиваемый-заголовок-текст {размер-шрифта: 1,15%; размер-шрифта: вычисление (100% / 0,87)}. mw-parser-output .tpl-collapsible .tpl-collapsible-warning {выравнивание текста: центр; font-style: italic} .mw-parser-output .tpl-collapsible .tpl-collapsible-content {border: 1px solid Silver; padding: 0.6em; background: White}]]>


Спектр с отмеченными пиками, снятый с помощью спектрометра Ocean Optics HR2000 [1] окружающего света, создаваемого люминесцентными лампами. Спектр взят мной.Спектрометр, судя по расположению известных пиков, имеет отклонение от ~ 0,6 до 0,8 нм. Интерпретация спектральных пиков проводилась с использованием базы данных спектров ртути NIST [2], статьи о фотолюминесцентных свойствах Eu: Y 2 O 3 [3], также здесь [4] и здесь [5] , и статья о люминесцентных люминофорах [6]. Этот спектр не откалиброван по интенсивности.

Пиковое число Длина волны пика (нм) Пик продуктивности видов Фактическое положение линии (нм)
1 405.4 ртуть 404,656
2 436,6 ртуть 435,833
3 487,7 тербий из Tb 3+ ~ 485 до 490
4 542,4 тербий из Tb 3+ ~ 543 до 544
5 546,5 ртуть 546,074
6 577.7 , вероятно, тербий из Tb 3+ или ртуть 576,960 для Hg или ~ 578 для Tb
7 580,2 ртуть или тербий из Tb 3+ 579,066 для Hg или ~ 580 для Tb
8 584,0 , возможно, тербий из Tb 3+ или европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 580
9 587.6 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 587
10 593,4 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 593
11 599,7 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 598
12 611,6 европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 611
13 625.7 , вероятно, тербий из Tb 3+ ~ 625
14 631,1 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 630
15 650,8 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 650
16 662,6 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 661
17 687.7 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 687-688
18 693,7 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 693
19 707 и 709 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 707 и ~ 709
20 712,3 , вероятно, европий в Eu +3 : Y 2 O 3 ~ 712
21 760.0 вероятно аргон 758.9315 или 763.5106 (??)
22 811,0 вероятно аргон 811,531
  • Обратите внимание, что тербием может быть Tb 3+ , Ce 3+ : LaPO 4 или Tb 3+ : CeMgAl 11 O 19 .

Лицензирование [править]

Разрешается копировать, распространять и / или изменять этот документ в соответствии с условиями лицензии GNU Free Documentation License , версия 1.2 или любой более поздней версии, опубликованной Free Software Foundation; без неизменяемых разделов, без текстов на лицевой обложке и без текстов на задней обложке. Копия лицензии включена в раздел под названием GNU Free Documentation License . Http://www.gnu.org/copyleft/fdl.htmlGFDLGNU Free Documentation Licensetruetrue

Этот файл находится под лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Вы свободны:
  • делиться — копировать, распространять и передавать произведение
  • для ремикса — для адаптации работы
При следующих условиях:
  • авторство — Вы должны указать соответствующий источник, предоставить ссылку на лицензию и указать, были ли внесены изменения.Вы можете сделать это любым разумным способом, но не любым способом, который предполагает, что лицензиар одобряет вас или ваше использование.
  • общий доступ — Если вы делаете ремикс, трансформируете или опираетесь на материал, вы должны распространять свои материалы по той же или совместимой лицензии, что и оригинал.
Этот тег лицензирования был добавлен в этот файл как часть обновления лицензирования GFDL. Http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/CC-BY-SA-3.0Creative Commons Attribution -Share Alike 3.0 истинно

Щелкните дату / время, чтобы просмотреть файл в том виде, в каком он был в тот момент.

Дата и время Миниатюра Размеры Пользователь Комментарий
текущий 13:46, 20 октября 2005 г. обсуждение | вклад) Из en-wiki —— Спектр с отмеченными пиками, снятый с помощью спектрометра Ocean Optics [http: // www.oceanoptics.com/Products/hr4000cguvnir.asp] окружающего света, обеспечиваемого люминесцентными лампами. Спектр взят мной. Спектрометр имеет размер ~ .6

Вы не можете перезаписать этот файл.

Нет страниц, использующих этот файл.

Этот файл используют следующие другие вики:

  • Использование на en.wikipedia.org
  • Использование на uk.wikipedia.org

Компактный спектр флуоресцентного света

Компактный спектр флуоресцентного света

Спектр люминесцентного света

Недавно я купил компактную люминесцентную лампу, чтобы заменить раскаленный настольная лампа.Вдруг заметил интерференцию типа «кольца Ньютона». узоры везде, где у меня есть тонкие кусочки прозрачного пластика друг над другом (например, когда смотрю на мои 35мм негативы, хранящиеся в пластиковых гильзах). Почему?

Я решил собрать быстрый спектрограф, так как у меня некоторые части дифракционной решетки вокруг (Edmund Scientific D1,307: упаковка из 15 Зрители, Картонное (скользящее) крепление 2 «x2», 23 000 канавок на дюйм). Я надел это один конец 14-дюймовой картонной тубы, обшитой черным фетром, и сделана прорезь сформированный от двух бритвенных лезвий на другом конце.

Я сделал фото через этот примитивный инструмент своим DC120. цифровая камера, который воспроизведен выше. (Я использовал «несжатый» режим, а после загрузка уменьшила разрешение RAW камеры на 2: 1, кадрировала и применяемый гамма 1,5, чтобы более слабые линии были более заметны на моем мониторе.)

На рисунке видны дифракционные линии первого и второго порядка. фотография. Конечно достаточно, флуоресцентный свет излучает только несколько сильных эмиссионных линий, который сделать заметными интерференционные узоры на моем рабочем столе, которых не было до.

Люминесцентный светильник состоит из трех параллельных U-образных трубок. (Длина 3-3 / 4 дюйма выставлен) на стандартной резьбе лампы и цепи электронного драйвера в база. Его общая длина составляет около 7 дюймов, и он имеет маркировку «GE BIAX ™». Электронный 23 Вт 120 В переменного тока 60 Гц 390 мА FLE23TBX / SPX27 (UL) FCC ID: BLD23HLS «на база. По светоотдаче он должен заменить 95-ваттную лампу накаливания.


18.09.2007 Вот еще одна фотография, сделанная камерой Canon 20D с использованием полиэстер голографический решетка 19 050 lpi (750 линий / мм).Этот решетчатый материал продается компанией ScienceFirst с 02.10.2010.


GREENLITE 18W / ELS-M 2700K 120V 60Hz 290mA
FCC ID: N6AFJEE0404 Не для использования с диммерами Q44
C UL США ЗАПИСАНА САМОБАЛЛАСТИРОВАННАЯ ЛАМПА 22 кДж E176533 ENERGY STAR.



Я нашел другого в Интернете спектр компактной флуоресцентной лампы, с отмеченным каждым пиком и длина волны указана в нм, а линии с моей фотографии со спектроскопа идеально подошли.Учитывая эти данные, компактный люминесцентный свет удобный справочный источник для калибровки вашего самодельного Наблюдатель спектра на дифракционной решетке. Я сделал фото Canon 20D через решетку и использовал ImageJ инструмент линии / профиль графика для получения данных для графика спектра. «Пиковый» спектр зависит от любой настройки гаммы. или изменения кривой яркости, которые вы вносите в фотографию спектра в Photoshop перед печатью с помощью ImageJ.


Ниже фото, показывающее два источника сразу освещая щель спектроскопа.
Верхняя часть — солнечная спектр с линиями фраунгофера.
Нижняя часть светится от CF мощностью 23 Вт (компактный люминесцентный). свет. Фото: JPB, 3 января 2007 г.

Наиболее резкими элементами спектра CF являются Hg. эмиссионные линии. Синий: 405,4 нм Ярко-фиолетовый: 436,6 нм Самый яркий зеленый: 546,5 нм


Назад к Джону домашняя страница.

Полный спектр | Типы лампочек

Какие они?

Лампы полного спектра предназначены для имитации полного электромагнитного спектра света, который чаще всего воспринимается человеческим глазом как полуденный солнечный свет.Эти лампы бывают разной мощности, напряжения, размеров, отделки и типов цоколя.

Как они работают?

Функция полного спектра освещения зависит от типа лампы, используемой для его создания. Технического определения полноспектрального освещения не существует, поэтому трудно измерить, что именно его определяет. Освещение полного спектра обычно относится к двум большим типам освещения: лампам накаливания и флуоресцентным.

В лампах накаливания полного спектра обычно используется корпус из неодимового стекла, чтобы отфильтровать некоторые из наиболее доминирующих «теплых» цветов, из-за которых обычный свет лампы накаливания выглядит желтым по сравнению с солнечным светом.В выключенном состоянии эти лампы кажутся бледно-лиловыми или пурпурными.

В люминесцентном освещении полного спектра используется смесь люминофоров для достижения более широких диапазонов шкалы цветовой температуры Кельвина. Они кажутся намного «белее» и ближе к дневному свету, чем обычные люминесцентные лампы. Лампы в выключенном состоянии выглядят белыми, как и обычные люминесцентные лампы. Они также обычно предназначены для более точного представления цветов и обычно имеют индекс цветопередачи (CRI) от умеренного до высокого.

На практике обычно не ожидается, что освещение полного спектра будет обеспечивать такой диапазон по спектру и температуре Кельвина, как солнечный свет, но оно предназначено для имитации этого качества или оттенка видимого света.

Где они используются?

Освещение полного спектра используется в различных приложениях. Как правило, он используется, когда первостепенное значение имеет точная передача солнечного света. Как не подлежащий определению термин, он также иногда применяется к другим лампам, которые служат более конкретным целям, таким как лампы для выращивания растений, аквариумные лампы и лампы подбора цвета.

spectra_exploration

spectra_exploration Исследование Spectra

С помощью спектрометра

Спектрометр проекта Star можно использовать для просмотра в спектрах множества разных источников.Это доступно из Обучение Технологии, менее чем за 20 долларов.

Вы также можете построить свой собственный спектроскоп. www.exploratorium.edu/

Лампа накаливания

Лампа накаливания имеет непрерывный спектр. со всеми видимыми цветами. Нет ярких линий и нет темные линии в спектре. Это один из самых важных Spectra — спектр черного тела, испускаемый горячим объектом. Черное тело спектр зависит от температуры, более холодные объекты излучают более красный цвет светлые, более горячие предметы белого или даже голубоватого света.

Люминесцентный свет

Спектр люминесцентного света имеет яркую линии и непрерывный спектр. Яркие линии исходят от ртути газа внутри трубки, в то время как непрерывный спектр исходит от люминофорное покрытие, покрывающее внутреннюю часть трубки.

Неоновый свет

Самый простой источник неонового света — ночь. свет, который говорит о 1/4 Вт на упаковке. у этих ночных огней есть неоновые огни внутри них. Вы также можете найти неоновую подсветку в окнах предприятий.
Предупреждение: хотя они и называются неоновыми лампами, они не обязательно содержат неоновый газ, некоторые содержат аргон или другие газы для производят разные цвета. Красные содержат неон.
В спектре неонового света есть несколько ярких линий. Красный линии яркие.
Линия гелий-неоновых лазеров с длиной волны 632,8 нм не появляются в спектре неоновой трубки. Он слишком тусклый по сравнению с другие строки.
Световые линии образуются, когда электроны находятся в возбужденном состоянии. распадается на более низкое энергетическое состояние.Изменение энергии электрон между этими двумя состояниями является точным и приводит к излучение света с узким диапазоном энергий, спектральным линия.

НЕ СМОТРЕТЬ НА СОЛНЦЕ! даже со спектрометром.

Солнечный свет

Посмотрите на солнечный свет, глядя на белую поверхность в солнце. Белая книга работает хорошо.
Солнечный спектр представляет собой непрерывный спектр лампы накаливания. газ.
Присмотритесь, и вы увидите тонкие темные линии, пересекающие солнечную спектр.
Эти тонкие линии — линии фраунгофера. Темные линии созданы газ над поверхностью солнца, который поглощает часть лампа накаливания от солнца внизу. Каждая из этих строк производится одним атомом или ионом. Однако несколько строк могут быть произведены один атом. Две близкие друг к другу линии желтого цвета — это известная пара натриевые линии.

Светодиоды, светодиоды

Они бывают разных цветов: красный, оранжевый, желтый. и от зеленого к синему.
In Светодиоды: электроны в зоне проводимости с более высокой энергией упасть в дырки в более низкой энергетической зоне.Энергия, потерянная электроны испускаются как свет. Таким образом, обычно бывает один самый яркий цвет света, который появляется в виде линии в спектре светодиода. В помимо яркой линии обычно есть еще диммер, непрерывное излучение света с более низкой энергией. Этот свет с более низкой энергией возникает, когда электроны распадаются на примесные состояния между основные энергетические диапазоны.
В твердом теле хорошо определенные энергетические состояния электронов, которые появляются в атомах газа, распределяются по энергетическим зонам.

Уличные фонари

Пар ртути

Голубоватый.
Имеет много ярких линий ртути. Как те, что появляются в флуоресцентные.

Натрий низкого давления

Выглядит оранжевым. Имеет желтые полосы натрия пар.

Натрий высокого давления

Выглядит желтым. Имеет широкие полосы света.

Экран компьютера

Посмотрите на белый экран компьютера.Обратите внимание на яркие спектральные полосы излучения.

Сравните спектральные полосы на жидком кристалле экран дисплея к экранам на дисплее электронно-лучевой трубки.

Также можете посмотреть:
Свечи
Аврора


Дифракционная решетка

Вы также можете смотреть на свет через дифракцию решетка без использования спектрометра.
Просто держите решетку перед глазами и смотрите сквозь нее на свет.
Это работает только для источников света, которые кажутся маленькими точками света. или узкие полосы света, которые совпадают с линиями в дифракционная решетка.
Дифракционная решетка рассеивает свет вправо и влево, когда его линии вертикальные. Итак, посмотрите на вертикальную линию света с линии дифракционной решетки также вертикальные, т.е. Право и лево. Посмотрите на горизонтальные линии с помощью дифракционной решетки. по горизонтали, т.е. со спектрами выше и ниже свет.

Я обычно помещаю дифракционную решетку в пластиковый протектор страницы для защиты от царапин и отпечатков пальцев.

Свеча
Подойдет свеча в другом конце комнаты.Вы увидите непрерывный спектр раскаленных углеродных частиц в пламя.

Лампа накаливания с линейной нитью накаливания
Или дальняя лампочка

Сплошной спектр черного тела накаливания будет появляться.

Люминесцентный свет

Голая люминесцентная лампа на расстоянии, а не лампа накаливания!
Источник света должен быть узким, чтобы спектр.
Спектральные линии ртути и непрерывный спектр люминофор.

звёзд

Немногие звезды достаточно яркие, чтобы вызвать цвет чувствительные конусы ваших глаз. Однако такие, как Сириус зимой и летом Vega будет иметь непрерывный спектр накаливания. Если вы посмотрите на звезды в телескоп, вы будут собирать больше света и лучше различать их цвета. Держать дифракционная решетка перед небольшим телескопом или за окуляр большой.

Молния

Молния обычно образует яркие вертикальные линии.Так держите линии дифракционной решетки вертикально, чтобы спектры в стороны. Посмотрите на молнию, и вы увидите непрерывный спектр от горячего раскаленного газа плюс спектральные линии от возбужденных атмосферных газов.

Светодиоды, светодиоды

Они бывают разных цветов: красный, оранжевый, желтый. и от зеленого к синему.
Их можно рассматривать с достаточно большого расстояния, чтобы они были маленькими. Вы увидите яркую узкую полосу света плюс более широкий диммер группа.

Солнечный свет

Чтобы увидеть солнечный спектр, никогда не смотрите на солнце.
Из черной бумаги или ткани создайте большую черную область.
Проведите яркую белую линию по этой черноте. Посмотрите на линию через дифракционная решетка. Вы увидите непрерывный спектр. это линии фраунгофера трудно разглядеть.

Лазеры

Никогда не направляйте луч лазера в глаза!
Однако вы можете спроецировать лазерную точку на стену и посмотреть на нее. через дифракционную решетку.Вы увидите только одну точку света распространяться по обе стороны от исходной точки, представляющей одиночный цвет света, излучаемого лазером.
Вы также можете направить лазер через дифракционную решетку на далекий белый экран или стена. И снова единственная точка света дифрагировать в каждую сторону. Каждая точка представляет собой один цвет, произведенный лазером.

Прочие

Некоторые источники, которые не работают с дифракционная решетка.
полярные сияния слишком широки и рассеяны, чтобы дать хороший спектр через дифракционная решетка.
Люминесцентные лампы в светильниках тоже слишком широкие.

Обучение Technologies, Inc., 59 Walden St., Cambridge, MA 02140

Вернуться к Spectra

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *