Мотузас В. Компактный, безопасный, бесшумный. — Журнал «Сельский механизатор», № 2, 1987 г., с. 26.
Все… до лампочки
А.В.Волков
Для оценки источников света используют светотехнические величины. Одна из основных — световой поток. Это поток лучистой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Разберемся, что это такое. Представим себе точечный источник света. Полный световой поток его — излучение, которое равномерно распределяется по всем направлениям. Однако часто для практических целей важно знать не весь световой поток, а тот, который освещает нужное нам место. Поэтому введены еще два понятия: сила света и освещенность.
Сила света — это плотность светового потока в одном направлении. Если полный световой поток распределяется по всей сфере вокруг источника света, то сила света характеризует поток внутри части сферы в пределах определенного телесного угла (рис. 1).
Рис. 1.Телесный угол Ω:
σ0 — поверхность, вырезанная на сфере конусом; r1, r2 — радиусы сфер; S — вершина конуса
Этот угол Ω = σ0/r2 измеряется в стерадианах. Световой поток источника света можно перераспределять с помощью различных экранов и отражателей и получать при этом очень большую силу света. Стоит вспомнить прожектор и даже абажур настольной лампы. Сила света выражается в канделах.
Для количественной оценки силы света существует эталон, сила света которого равна единице. Вначале эталоном считали пламя специально изготовленной свечи. Но этот эталон малонадежен. Сила света его зависит от температуры и влажности воздуха, а также от образования нагара. Сейчас эталон — это электрическая лампа накаливания, но название «свеча» за ней осталось. Это «Международная свеча».
За единицу светового потока принят люмен (лм). Люмен — это световой поток точечного источника света в одну свечу внутри телесного угла в один стерадиан. Полный поток, посылаемый этим источником по всем направлениям, то есть внутри угла, равного 4 π стерадианам, будет равен 4 π лм. Световой поток реальной стеариновой свечи, которой нам порой приходится пользоваться, равен 10–15 лм. С увеличением мощности лампы растет ее световой поток. Его величина является характеристикой лампы и обычно указана в каталогах. Так лампа накаливания мощностью 25 Вт излучает 200 лм, 40 Вт — 370 лм. Излучение люминесцентной лампы при том же напряжении 220 В и мощности 40 Вт дает световой поток выше 1500 лм, что свидетельствует о высокой экономичности люминесцентного освещения.
Для ламп направленного освещения, в частности для зеркальных ламп, в каталогах указан не световой поток в люменах, а сила света в канделах.
Освещенность — величина светового потока, рассчитанная на единицу площади.
За единицу освещенности принимают освещенность такой поверхности, на 1 м2 которой падает равномерно распределенный световой поток в 1 лм. Эта единица называется люкс (лк). Поверхность сферы радиуса 1 м с помещенным в нее точечным источником света в 1 свечу имеет освещенность 1 лк. В люксах определяют нормы общего и местного освещения в различных помещениях. Но об этом будет рассказано ниже.
Все источники света делятся на две группы: лампы накаливания и газоразрядные лампы.
Лампы накаливания в свою очередь подразделяют на лампы общего назначения (в отечественных каталогах обозначаемые ЛОН) и лампы специального назначения.
К лампам общего назначения относятся вакуумные, газонаполненные, галогенные лампы. Лампы специальные — прожекторные, кинопроекционные, лечебные, лампы для производственных помещений и другие мы рассматривать не будем.
Нить накала в лампах общего назначения изготовлена из вольфрамовой проволоки.
Устройство традиционной лампы накаливания показано на рис. 2.
Рис. 2.Устройство традиционной лампы накаливания:
а — положение колбой вверх; б — положение колбой вниз с ограничением величины мощности; 1 — торцовый контакт цоколя; 2 — кольцевая изоляционная перемычка; 3 — боковой контакт цоколя; 4, 5 — проводники; 6 — колба; 7 — спираль (нить)
Вакуумные лампы (в отечественных каталогах обозначение В) наименее экономичны. Нагрев лампы протекающим через нее током дает лишь 10 % видимого света, остальная энергия уходит в тепло. Кроме того, в вакууме происходит интенсивное испарение вольфрамовой спирали. Колба чернеет, а спираль становится тонкой и перегорает.
В лампах, наполненных аргоном или азотом (в старых каталогах обозначение Г — газонаполненная), испарение меньше и соответственно срок службу больше. Он составляет приблизительно 1000 часов.
Лампы, наполненные криптоном, по сравнению с обычными излучают на 10 % больше света и по размерам существенно меньше, но стоимость их выше.
Колбы ламп накаливания могут быть прозрачными (П), матированными (М), опаловыми (О). Естественны потери светового потока в непрозрачных лампах, но глаза при этом защищены от резкого света.
Нам хорошо известны лампы с одной спиралью, но выпускают еще и биспиральные лампы. В них из спирали свернута еще одна спираль Благодаря компактному расположению спирали, испарение вольфрама в таких лампах меньше. Поэтому температуру можно поднять выше и получить больший световой поток. В каталожное обозначение таких ламп входит буква Б. Например, БК — биспиральная криптоновая лампа.
Цоколи большинства ламп накаливания — Е14, Е27. Это значит, что они имеют резьбу диаметром 14 и 27 мм. Для ламп большой мощности применяют цоколи Е40, но в быту такие лампы, как правило, не употребляются. Другие типы цоколей, например со штырями, используют в особых случаях (при вибрации в железнодорожном вагоне резьбовые цоколи выкручиваются из патрона и т. п.).
На российском рынке источников света представлен широкий ассортимент ламп накаливания как отечественных, так и импортных.
Помимо упомянутых выше обычных ламп, иностранные фирмы предлагают для общего освещения комнат лампы типа Softone мягких пастельных тонов различных световых оттенков, успокаивающих, подчеркивающих цветовую гамму помещений и создающих уют (рис. 3).
Рис. 3.Лампы накаливания:
а — самая распространенная; б — свеча, в — витая свеча, г — свеча на ветру, д — с шаровой колбой, е1 — типа Softone с цоколем Е27; е2 — типа Softone с цоколем Е14; ж — с цилиндрической колбой; э — криптоновая («грибок»); и — зеркальная направленного освещения; к — зеркальная направленного освещения; л — линейная
Для создания уюта российские и иностранные фирмы выпускают декоративные лампы накаливания; свеча, витая свеча, свеча на ветру, шарик, цилиндр и др. для применения в люстрах и бра. Цоколь этих ламп может быть Е27 или Е14, напряжение 220–240 В (рис. 3).
Для декоративного освещения можно использовать цветные лампы. Колбы ламп окрашены изнутри специальной краской разных цветов. Эти лампы предназначены для светильников, люстр, бра.
Для создания мягкого рассеянного света служат лампы с зеркальным покрытием купола колбы (рис. 3). Выбрав лампу с серебряным или золотым покрытием, создают более теплую или более холодную атмосферу в помещении. Лампы зеркальные направленного освещения применяют для акцентирующего освещения деталей домашнего интерьера (рис. 3).
Известно, что световой поток обычных ламп накаливания имеет большой процент желтого, оранжевого и красного цветов и меньше зеленого, синего и фиолетового.
В солнечном освещении наибольший процент излучения приходится на желто-зеленую область спектра. К этой области наиболее чувствителен глаз человека, за тысячелетия привыкший к естественному свету. Поэтому обычные лампы накаливания искажают цвет. Например, лист бумаги, который при солнечном свете кажется белым, при свете лампы накаливания выглядит желтоватым.
Однако естественное освещение также меняется в некоторых пределах. Свет прямых солнечных лучей отличается от солнечного света, рассеянного облаками. Существуют эталоны белого света при прямом и рассеянном солнечном освещении.
Для оценки цветопередачи искусственных источников света приняты эталоны, соответствующие солнечному свету, рассеянному облаками. Сравнение производят по специальной методике.
Правильная цветопередача важна во многих отраслях производства (например, в текстильной промышленности), в издательском деле при воспроизведении цветных изображений, в художественных музеях, а также дома при чтении книг с цветными иллюстрациями и т. п.
Для улучшения цветопередачи ламп накаливания применяют голубые колбы. Через них лучше проходят зеленая, синяя и фиолетовая составляющие света и сильнее поглощаются желтая, оранжевая и красная составляющие. Однако голубое стекло сильно поглощает общий световой поток, и такие лампы не экономичны.
Проблема правильной цветопередачи была решена лишь после изобретения люминесцентных ламп дневного света и галогенных ламп. О них будет рассказано ниже.
Лампы накаливания могут иметь традиционную форму. Криптоновые лампы имеют обычно форму «грибок», а линейные лампы для подсветки зеркал представляют собой цилиндр малого диаметра и большой длины (рис. 3).
Лампы накаливания низкого напряжения (12–36 В) обычно предназначены для освещения рабочих мест на производстве. Но их применяют и в кухнях для освещения рабочего стола. Благодаря безопасности низкого напряжения их можно разместить под полками или подвесными шкафами. Для их включения нужны трансформаторы. Это могут быть традиционные обмоточные трансформаторы и современные электронные. Последние имеют меньшие размеры и вес, отключают цепь при коротком замыкании, не создают радиопомех, незначительно нагреваются, но стоимость их выше. Подбирают трансфор