Evoluce světla. "Sestup z kříže." Ať žije světlo! Nebo vývoj světelných zařízení Vývoj osvětlení

Bez šerosvitu je klasická malba nemyslitelná. S jeho pomocí umělci od renesance proměnili své obrazy nejen na krásné obrazy - vytvořili skutečné texty, filozofická pojednání.

Dovednost se v průběhu let vyvíjela. Painting našel hlas a promluvil k publiku. A jak uměle začaly vypadat všechny obrazy největších mistrů na téma kajícnice Magdalény, když na toto téma vytvořil vlastní plátno.

Umělkyně, která žila dlouhá léta ve slumech, moc dobře věděla, jak vypadá trpící prostitutka, když se rozhodne pro víru. Jeho Magdaléna taková opravdu je.

Její oči jsou sklopené, na její tváři je zamyšlený smutek, protože když se člověk rozhodl změnit svůj život, neobrátí se k nebi, položí si otázku. To je finále proměny, důsledek bouře emocí, o čemž svědčí drahé šperky rozházené po podlaze. V této nevěstce není ani stín koketnosti. Je celá oblečená, na jejích šatech není nic vyzývavého.

Není zde jediný klasický odkaz na svatost. Není tu žádný zástup nahých cherubínů, žádný kříž, žádné nebe. Před námi je ponurá místnost. Magdalena strávila celou noc v bolestivém šílenství podobném horečce. A přišlo ráno. Sluneční světlo je stále velmi slabé, jeho měkké paprsky jsou vidět pouze v pravém horním rohu plátna. Hrdinka je zatím nevidí. To je ten zlom v jejím životě, kdy návrat ke starému je nemožný a budoucnost ještě není vůbec jasná. Stejná předtucha katarze, která se chystá nastat, když na nevěstku dopadne sluneční světlo. Byla zamrzlá mezi dvěma realitami. Její minulost leží v roztrhaných kouscích na podlaze a její budoucnost se k ní teprve blíží. A Magdaleniny ruce? Takto drží matka své dítě. Před námi je narození ne dítěte, ale narození víry.

Ale skutečným mistrem hry byl Rembrandt van Rijn. Právě jeho obrazem „Sestup z kříže“ jsme se rozhodli zahájit naši sérii.

Seriál bude mít 10 epizod. Tři z nich jsme věnovali.

Světlo v malbě je úžasný fenomén. Mění se, vyvíjí, žije si svým vlastním životem. Světlo je to jediné, co umělci po jeho smrti zůstalo. Světlo je nesmrtelné. Tma je přece jen nepřítomnost světla. A i když tam v jednu chvíli není, je vždy připraven proniknout do nejtemnějších prostor. Vytrhnout z temnoty to jediné, pro co stojí za to žít.

V příštích číslech budeme hovořit o Ivanu Kramskoyovi, Michailu Vrubelovi, Nikolai Ge, Pablu Picassovi, Vincentu van Goghovi. Toto je jen začátek cesty.

Obrovské poděkování patří pracovníkům Státní Ermitáže, bez kterých by tento projekt nespatřil světlo světa. Zvláštní poděkování patří Olze Ebertsové, člence tiskového oddělení muzea, která našemu filmu nešetřila čas ani námahu.

Moderní žárovky mají bohatou a krásnou historii, která sahá staletí zpět. Od počátku věků se lidé snažili vnést světlo do svých domovů.

Oheň v jeskyni byl zpočátku synonymem pohodlí a bezpečí, protože svým teplem zahříval lidi a odháněl dravce. Mnoho národů obývalo noční prostor příšerami, zlými duchy, čarodějnicemi, říkali, že právě v noci se probouzejí zlá kouzla, mrtví vstávají z hrobů... A nejspolehlivějším prostředkem záchrany před hrůzami noci byl považováno za světlo, které by mohlo zničit všechny strachy světa. Světlo znamenalo čistotu, pohodlí, ochranu.

O něco později se lidé naučili kamarádit s ohněm natolik, že začali vyrábět silné pochodně, které nepoužívali jen ke svícení, ale jako signalizační zařízení a zbraně. Oheň se tak proměnil v symbol síly a jeho moc nad lidmi se stala téměř nekonečnou. Zařízení, která lidem pomáhala osvětlovat prostor, se neustále měnila a zdokonalovala. Oheň v kamnech nebo krbu nestačil rozptýlit tmu v domech. Egypťané, Římané a Řekové používali k zapalování hořlavý olejový roztok a speciální nádobí z hlíny. Obyvatelé pobřeží Kaspického moře používali ropu jako palivo v takové proto-lampě O něco později se v Evropě objevily první svíčky - misky naplněné hustým tukem, s knotem vyrobeným z látky nebo jen z dřevěných třísek. Tuk hořel déle než olej, ale vůně při hoření takové svíčky zůstala nedostatečná. Hojně se používaly máčené svíčky – jednoduché knoty, které se namáčely do tuku a zapalovaly se ve speciálním talíři nebo lucerně. V 15. století se objevily první lité svíčky vyrobené ze včelího vosku. Byly drahé, protože vosk bylo docela obtížné získat.

Lidský pokrok ve velrybářském průmyslu a rozvoj chemie v 17. a 18. století přinesly nové materiály pro svíčky: velrybí olej a kyselinu stearovou. Tyto materiály a jejich deriváty hořely čistě, nekouřily a nevydávaly téměř žádný zápach. Odvětví svíček se stalo jedním z hlavních ziskových podniků a konkurence v této oblasti byla velmi tvrdá.

Použití petroleje jako paliva pro lampy také nabralo na síle a bylo velmi populární v 18.-19. Petrolej byl levný, což pomohlo jeho distribuci. Měla však řadu vážných nevýhod, zejména petrolejové lampy kouřily, pach spáleného paliva nasával oděv a nábytek a z místnosti se špatně větralo.

Řada evropských zemí používala plynové osvětlení. Takzvaný „osvětlovací plyn“ obsahoval benzen, který poskytoval poměrně velké množství světla. Plyn byl snadno dodáván do lamp speciálními trubicemi, byl snadno použitelný a měl vysokou úroveň požární bezpečnosti ve srovnání se svíčkami a petrolejovými lampami.

Ale v roce 1879 došlo k události, která navždy změnila svět – Thomas L. Edison vylepšil design Lodyginovy lampy a navrhl odolnou žárovku. Svíčky, které po dlouhá staletí osvětlovaly lidskou cestu ve vesmíru, ztratily svůj účel, ale zůstaly zachovány jako estetická složka života.

Nemyslete si, že vynález lampy byl okamžitou a okamžitou událostí. Historie elektrické žárovky je celý řetězec objevů různých vědců v různých dobách. Od počátku 19. století se aktivně prováděly experimenty s elektřinou, které měly značný veřejný ohlas. V roce 1802 vynikající ruský fyzik V.V. Petrov, který studoval vlastnosti elektrických vlivů na různé předměty, objevil fenomén elektrického oblouku – jasný výboj, který vzniká mezi uhlíkovými tyčemi přivedenými k sobě v určité vzdálenosti, a poukázal na možnost jeho využití v osvětlovacím průmyslu. Fenomén elektrického oblouku znamenal počátek vzniku obloukových lamp. V roce 1809 začal Francouz Delarue své první experimenty s vytvořením lampy se žhavícím vláknem, které by produkovalo světlo.

Tak vznikly dva směry při vytváření elektrického osvětlení. Vědecký výzkum pokračoval téměř 80 let a na konci 19. století byla do výroby uvedena žárovka, jak ji známe. Ve 20. století se žárovky objevily v každé domácnosti. Měnila tvary, velikosti, barvy, ale jedna věc zůstala nezměněna – princip práce. Žárovka spotřebovala velké množství energie, ale byla bezpečná a svou hlavní funkci plnila perfektně.

Ale ve studiu elektrického světla existoval ještě třetí směr – záře plynů pod vlivem elektrických výbojů. Poprvé byla záře plynů pod vlivem elektrického proudu pozorována Michailem Lomonosovem, procházejícím proudem přes skleněnou kouli naplněnou vodíkem. A v roce 1886 si Nikola Tesla nechal patentovat argonovou lampu s plynovou výbojkou, předchůdkyni kompaktní zářivky. Plynové výbojky prošly velkým množstvím změn, ale vylepšení umožnila jejich použití jako zářivky ve veřejných prostorách, továrnách, kancelářích apod.

Na počátku 20. století se s elektřinou prováděly nejrůznější experimenty. V důsledku jednoho takového experimentu v roce 1907 zdokumentoval britský vynálezce Henry Round zajímavý světelný výstupní efekt pomocí polovodičové diody. Později sovětský fyzik O. Losev pozoroval podobnou záři v roce 1923 při provádění experimentů s diodami z karbidu křemíku. Tyto experimenty lze považovat za zrod LED lampy.

Žijeme v úžasné době, kdy je možné pozorovat všechny světelné zdroje v akci. Používáme je různými způsoby, měníme je podle svého vkusu, nacházíme ty nejvhodnější a vytváříme s nimi atmosféru a pohodlí. Světelný průmysl se rozvíjí a možná budeme svědky nových objevů v oblasti optiky a fyziky světla.

Od vynálezu první uhlíkové žárovky uplynulo zhruba 180 let. Revoluce ve světě osvětlení té doby je dávno pozadu a málokdo přemýšlí o tom, jak to všechno začalo. Postupem času se technologie měnily: žárovku s uhlíkovou spirálkou nahradila žárovka s platinovou spirálkou, dále žárovka se zuhelnatělým bambusovým závitem ve evakuované nádobě a mnoho dalších modifikací svítidel. Pro vytvoření účinnější žárovky byly vyzkoušeny všechny druhy materiálů, ale to nepřineslo významné výsledky. Moderní žárovky používají wolframové vlákno, ale tento vzácný materiál umožňuje dosáhnout toho, že pouze 5 % energie se přemění na světlo. Globální revoluce nastala až v éře energeticky úsporných a LED žárovek. Tyto lampy založené na zcela jiném principu záře umožnily lidstvu výrazně zlepšit kvalitu osvětlení a snížit náklady.

Pokusme se vysledovat celou historii světelných zdrojů a typů lamp existujících v naší době.

V dnešní době lze všechny žárovky rozdělit do tří hlavních skupin: žárovky, výbojky a LED. Lidé ze „staré školy“ kategoricky odmítají poslední dva typy, což je marné. Ale pojďme popořadě.

Žárovky

Žárovka je elektrický zdroj světla, jehož svítícím tělesem je vodič zahřátý průtokem elektrického proudu na vysokou teplotu. Všechny žárovky lze rozdělit do pěti typů:

Mezi výhody žárovek patří jejich nízká cena, malé rozměry, okamžité spínání, absence toxických složek a provoz při nízkých okolních teplotách. Jejich nedostatky však stále nejsou srovnatelné s moderními požadavky na světelné zdroje. Patří mezi ně: nízká účinnost (účinnost ne více než 5 %), krátká životnost, ostrá závislost světelné účinnosti a životnosti na napětí, barevná teplota v rozmezí 2300 až 2900 K, vysoké nebezpečí požáru.

Žárovky se postupně stávají minulostí, ale vzdejme hold historii, která vydláždila cestu od počátků k moderním světelným zdrojům:

1838-1854- první lampy napájené elektrickým proudem. Vynálezci: Belgičan Jobard, Angličan Delarue, Němec Heinrich Gebel.

11. července 1874 roku získal ruský inženýr Alexander Nikolajevič Lodygin patent na žárovku. Jako vlákno použil uhlíkovou tyč umístěnou v evakuované nádobě.

V roce 1876 Ruský vynálezce a podnikatel Pavel Nikolajevič Jabločkov vyvinul elektrickou svíčku a získal na ni francouzský patent. Yablochkovova svíčka se ukázala být jednodušší, pohodlnější a levnější než Lodyginova uhelná lampa. Yablochkovův vynález lze také připsat výbojkám.

V roce 1879 Americký vynálezce Thomas Edison si nechal patentovat lampu s platinovým vláknem. V roce 1880 se vrátil k uhlíkovým vláknům a vytvořil lampu s životností 40 hodin. Edison zároveň vynalezl zásuvku, základnu a vypínač. I přes tak krátkou životnost jeho lampy nahrazují do té doby používané plynové osvětlení.

V roce 1904 Maďaři Dr. Sandor Just a Franjo Hanaman získali patent na použití wolframového vlákna v lampách. První takové lampy byly vyrobeny v Maďarsku a vstoupily na trh prostřednictvím maďarské společnosti Tungsram v roce 1905.

V roce 1906 Lodygin prodává patent na wolframové vlákno společnosti General Electric. Vzhledem k vysokým nákladům na wolfram nachází patent pouze omezené využití.

V roce 1910 William David Coolidge vynalezl vylepšenou metodu výroby wolframového vlákna. Následně wolframové vlákno vytlačí všechny ostatní typy vláken.

Zbývající problém s rychlým odpařováním vlákna ve vakuu vyřešil americký vědec Irving Langmuir, který ve společnosti General Electric pracoval od roku 1909 a přišel s nápadem naplnit žárovky inertním plynem, který výrazně zvýšil životnost lamp.

Plynové výbojky

Experimenty na vytvoření záře v plynem naplněných trubicích začaly v roce 1856. Záře byla většinou v neviditelném rozsahu spektra. Až v roce 1926 Edmund Germer navrhl zvýšit provozní tlak v baňce a potáhnout baňky fluorescenčním práškem, který přeměňuje ultrafialové světlo emitované excitovanou plazmou na rovnoměrné bílé světlo. V důsledku toho začala éra plynových výbojek.

V současnosti je E. Germer uznáván jako vynálezce zářivky. General Electric později koupil Germerův patent a do roku 1938 přinesl zářivky do širokého komerčního využití.

1927-1933- Maďarský fyzik Denis Gabor, pracující ve společnosti Siemens&Halske AG (dnes Siemens), vyvinul vysokotlakou rtuťovou výbojku, která je nyní široce používána v pouličním osvětlení.

Vážný příspěvek ke zlepšení fluorescenčního prášku, později nazývaného fosfor, učinil ve 30. letech minulého století sovětský fyzik Sergej Ivanovič Vavilov.

1961- vytvoření prvních vysokotlakých sodíkových výbojek. Koncem 70. let minulého století společnost General Electric jako první uvedla na trh sodíkové výbojky a o něco později halogenidové výbojky.

Na počátku 80. let Objevily se první kompaktní zářivky (CFL).

V roce 1985 OSRAM jako první představil žárovku s vestavěným elektronickým předřadníkem.

Celou řadu plynových výbojek lze znázornit následujícím diagramem:

Nejoblíbenější z této skupiny jsou snad kompaktní zářivky. Umožňují až 5x úsporu energie oproti žárovkám, přičemž jejich životnost je cca 8 let. Tělo této lampy se zahřívá v malé míře, což umožňuje jejich použití všude. Kromě toho mohou mít zářivky různé teploty barev a různé možnosti vzhledu.

Ale bohužel CFL mají několik nevýhod, mezi které patří:

Výrazné snížení životnosti při práci v sítích s kolísáním napětí a také při častém zapínání a vypínání.
Spektrum takové lampy je čárové. To vede nejen k nesprávnému podání barev, ale také ke zvýšené únavě očí.
Kompaktní zářivky obsahují 3-5 mg rtuti.
Použití podsvícených spínačů vede k periodickému, jednou za pár sekund, krátkodobému rozsvícení svítilen (u kvalitních svítilen oku neviditelných), což vede k rychlému výpadku svítilny.
Běžné kompaktní zářivky nejsou kompatibilní se stmívači. Náklady na stmívatelné lampy jsou přibližně 2krát vyšší.

Z těchto důvodů zůstala otevřená otázka nových technologií ve výrobě světelných zdrojů. Do světla vstoupily LED lampy.

LED žárovky

LED světelné zdroje jsou založeny na doutnavém efektu polovodičů (diod), když jimi prochází elektrický proud. Malé rozměry, účinnost a odolnost umožňují vyrábět jakákoli osvětlovací zařízení na bázi LED. V současné době zaujímají LED diody významný podíl na trhu světelných zdrojů a používají se všude.

První zprávu o emisi světla z polovodičové diody vytvořil v roce 1907 britský experimentátor Henry Round z Marconi Company. Je pozoruhodné, že tato společnost se později stala součástí General Electric a existuje dodnes.

V roce 1923 Oleg Vladimirovič Losev v Radio Laboratory Nižnij Novgorod ukázal, že záře diody se vyskytuje v blízkosti p-n přechodu. Dva certifikáty o autorských právech, které obdržel pro „Light Relay“ (první byl oznámen v únoru 1927), formálně zajistily prioritu Ruska v oblasti LED, ztracenou v 60. ve prospěch USA po vynálezu moderních LED vhodných pro praktické použití.

V roce 1961 Robert Byard a Gary Pittman z Texas Instruments objevili a patentovali infračervenou LED technologii.

V roce 1962 Nick Holonyak ze společnosti General Electric vyvinul první praktickou LED na světě pracující ve světelném (červeném) rozsahu.

V roce 1972 George Craford (žák Nicka Holonyaka), vynalezl první žlutou LED na světě a 10krát zlepšil jas červených a červeno-oranžových LED.

V roce 1976 T. Piersol vytvořil první vysoce účinnou a vysoce svítivou LED na světě pro telekomunikační aplikace tím, že vynalezl polovodičové materiály speciálně upravené pro přenos přes optická vlákna.

LED zůstaly extrémně drahé až do roku 1968 (asi 200 $ za kus). Monsanto bylo první, kdo sériově vyráběl LED diody pracující v oblasti viditelného světla a používané v indikátorech.

Společnost Hewlett-Packard byla schopna používat LED diody ve svých raných sériově vyráběných kapesních kalkulačkách.

Mezi výhody LED žárovek patří:

Hlavní nevýhody LED souvisejí především s jejich vysokou cenou. Například poměr cena/lumen ultrajasných LED je 50–100krát vyšší než u běžné žárovky. Kromě toho lze zdůraznit další dva body:

LED vyžaduje konstantní jmenovitý provozní proud. Z tohoto důvodu se objevují další elektronické komponenty, které zvyšují náklady na osvětlovací systém jako celek.
Relativně nízký teplotní limit: Vysoce výkonné osvětlovací LED diody vyžadují pro chlazení externí chladič, protože mají konstrukčně nepříznivý poměr své velikosti k tepelnému výkonu (jsou příliš malé) a nedokážou odvádět tolik tepla, kolik vydávají (i přes ještě vyšší účinnost než jiné typy svítidel).

Dnes se odborníci shodují, že LED jsou blízkou budoucností v osvětlení. V současné době neexistuje efektivnější a praktičtější technologie.

Vzhledem k rostoucí potřebě lidstva po umělém osvětlení lze předpokládat, že se objeví nové, efektivnější technologie. Přijdou ale nahradit LED, které se v příštích letech stanou stejně samozřejmostí jako žárovky.

Často si tak zvykneme na vymoženosti našeho věku, že ani nepřemýšlíme o tom, odkud pocházejí věci, které jsou nám nejznámější. Vezměte si například elektrické „světlo“ - hlavní zdroj účinnosti celého světového průmyslu. Každý den mačkáme vypínač, abychom rozjasnili domov, zapínáme počítače, televize, rychlovarné konvice a mnoho dalších elektrospotřebičů, nemluvě o aktivitách světových elektrických sítí jako celku. Jak se to všechno vyvíjelo? Autorka webu Anna Baklaga navrhuje pamatovat si tuto cestu – od ohně k elektřině.

První svíčky se objevily ve třetím tisíciletí před naším letopočtem

Umělé světlo používá lidstvo po mnoho staletí. Nejprve - pochodně, pochodně a olejové lampy, pak - voskové a lojové svíčky a poté - petrolejové lampy a elektrické lampy. Jako stacionární zdroj světla se používal oheň, jako přenosné svítilny, jejichž design se postupem času měnil: od jednoduchého ohniště vytaženého z ohně až po rukojeť omotanou koudelí a napuštěnou olejem, tukem nebo olejem.

Později lidstvo vynalezlo lampu – džbán naplněný olejem, do kterého byl ponořen knot (provaz nebo látka). Ve třetím tisíciletí před naším letopočtem se objevily první svíčky - tyčinky vyrobené z roztaveného pevného živočišného tuku, s knotem uvnitř. Dali vzniknout zásadnímu průlomu na poli lamp. Svíčka, která se vyznačuje velkým pohodlím a jednoduchou a ekonomickou výrobou, přispěla k vytvoření celé rodiny velmi odlišných lamp. Ve středověku se včelí vosk používal jako materiál na svíčky. V současné době se pro tyto účely používá parafín.

V druhé polovině 19. století se začaly používat petrolejové lampy

Na konci 17. století vznikl lustr ze svíček. Jednalo se o masivní kovový rám, na kterém bylo připevněno mnoho přívěsků ze skla nebo přírodního kamene. Hmotnost takového lustru mohla dosáhnout asi tuny. Pro zapálení svíček v tomto provedení bylo nutné lustr nejprve sklopit a poté, s již zapálenými svíčkami, jej zvednout. Svíčky byly zhášeny speciálními kovovými uzávěry, které byly připevněny k dlouhé rukojeti.

Již v druhé polovině 19. století se začaly používat petrolejky a o něco později je rychle nahradily plynové, které se staly skutečně revolučním řešením problematiky pouličního osvětlení. Mezitím, přestože plynové lampy pravidelně plnily svou službu osvětlování ulic, nekontrolovatelně kouřily. Řešením problému bylo použití topné mřížky, což je látkový sáček napuštěný roztokem různých solí. Při zahřátí látka shořela a zanechala po sobě tenkou stopu, která při zahřátí plamenem jasně zářila.

V roce 1800 vynalezl Alessandro Volta první baterii

Mezitím lidstvo začalo pociťovat nedostatky v předchozích typech osvětlení. A v roce 1800 vynalezl Alessandro Volta baterii, která se stala prvním elektrickým světelným zdrojem. Tento vynález dal lidem první stálý a spolehlivý zdroj energie a vedl ke všem důležitým objevům v této oblasti. V návaznosti na to byla v roce 1809 Angličanem Delaruem vynalezena první elektrická žárovka nebo žárovka. Objevila se baterka na baterie. Pravda, světlo nevyzařovala žárovka, ale elektrický oblouk mezi uhlíkovými elektrodami a baterie zabíraly celý stůl. V roce 1809 Humphry Davy demonstroval obloukové světlo na Královské akademii věd v Londýně. V té době nebyly žádné generátory a jediným zdrojem energie byly baterie.

V roce 1854 vytvořil Heinrich Goebel lampu na bázi zuhelnatělého bambusového vlákna umístěného ve vakuu. V roce 1872 požádal ruský inženýr Alexander Lodygin o vynález žárovky a v roce 1874 obdržel ruský patent. Následně si svůj vynález patentoval v mnoha zemích.

V roce 1878 Pavel Yablochkov vylepšil konstrukci umístěním elektrod svisle a jejich oddělením vrstvou izolantu. Tento design se nazýval „Jablochkovova svíčka“ a byl používán po celém světě. Například pařížská opera byla osvětlena pomocí takových „svíčk“. Elektrický oblouk produkoval jasné a poměrně vyvážené spektrum světla, což umožnilo jeho velmi široké použití.

Moderní žárovky se začaly vyrábět v roce 1909

V roce 1879 dokončil Thomas Edison práci na žárovce s uhlíkovým vláknem, která se stala jedním z největších vynálezů 19. století. Jeho zásluha nespočívala v rozvinutí myšlenky žárovky, ale ve vytvoření praktického, rozšířeného systému elektrického osvětlení se silným vláknem, vysokým a stabilním vakuem a schopností používat mnoho žárovek současně. Do roku 1884 byla velká americká města osvětlena více než 90 tisíci obloukovými lampami.

Moderní žárovky s wolframovou spirálou a plněné inertním plynem se začaly vyrábět o sto let později, v roce 1909. Byly vyvinuty Irvingem Langmuirem. V SSSR existoval koncept „Ilyichovy žárovky“, který byl spojen s počátkem rozsáhlé elektrifikace země, počínaje rokem 1920.

Světlo (z latinského lucis) neboli viditelné světlo je část spektra elektromagnetického záření, kterou vnímá lidské oko. Základní jednotkou světla je foton. Elementární částice mají specifickou vlnovou délku v závislosti na světelném zdroji, který je vytvořil. Foton se řídí zákony kvantové mechaniky a za různých fyzikálních podmínek se může projevit buď jako částice, nebo jako vlna.

Historický vývoj osvětlovacích zařízení

První zdroje viditelného elektromagnetického záření, které lidstvo využívalo pro své potřeby, byly založeny na spalování hořlavých paliv rostlinného (dřevo) nebo živočišného původu (dehtu a tuku).

Staří Řekové a Římané začali nejprve používat hliněné a bronzové nádoby, do kterých byly umístěny hořlavé látky. Tyto nádoby se staly předky moderních lamp.

Na konci 18. století švýcarský chemik Argant vynalezl lampu s knotem, která používala jako palivo petrolej. Na konci 19. století si Edison nechal patentovat žárovku. Po tomto vynálezu a díky rychlé dynamice průmyslového rozvoje se začalo objevovat mnoho dalších elektrických zdrojů záření.

Fyzika světelných zdrojů

Spektrum záření, které lidské oko vidí, leží v rozsahu vlnových délek fotonů od 400 nm do 700 nm. Zdroj světla je fyzikální proces, který probíhá v atomu látky. V důsledku nějakého působení může atom přijímat energii zvenčí a část této energie předává svému elektronickému subsystému.

Energetické hladiny elektronu v atomu jsou diskrétní, to znamená, že každá z těchto hladin odpovídá určité hodnotě. Díky energii přijímané zvenčí se mohou některé elektrony atomu přesunout do energetických hladin vyššího řádu, v tomto případě lze hovořit o excitovaném elektronickém stavu. V tomto stavu se elektrony stávají nestabilními a opět se pohybují na úrovně s nižší energií. Tento proces je doprovázen emisí fotonů, což je světlo, které vnímáme.

Tepelné záření

Proces tepelného záření je fyzikální proces, při kterém je elektronický subsystém buzen přenosem kinetické energie z jader atomů na něj. Pokud se předmět, například kovová deska, zahřeje na vysoké teploty, začne svítit. Viditelné světlo se zpočátku bude jevit jako červené, protože tato část viditelného spektra je nejméně energetická. Když se teplota kovu zvýší, začne vyzařovat bílo-žluté světlo.

Všimněte si, že když se kov zahřeje, začne nejprve vyzařovat infračervené paprsky, které člověk nevidí, ale cítí je ve formě tepla.

Luminiscenční záření

Tento typ záření nastává bez předběžného zahřátí těla a skládá se ze dvou po sobě jdoucích fyzikálních procesů:

Absorpce energie elektronickým subsystémem a přechod tohoto subsystému do excitovaného energetického stavu.
Záření ve světelném dosahu spojené s návratem elektronického subsystému do stavu pozemní energie.

Pokud obě fáze nastanou v časovém intervalu několika sekund, pak se tento proces nazývá fluorescence, například emise z televizní obrazovky po jejím vypnutí je fluorescenční. Pokud obě fáze procesu záření probíhají během několika hodin nebo déle, pak se takové záření nazývá fosforescence, například svítící hodiny v temné místnosti.

Klasifikace světelných zdrojů

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

Přírodní zdroje. Vyzařují elektromagnetické vlny v důsledku přirozených fyzikálních a chemických procesů, například přirozenými zdroji světla jsou hvězdy, světlušky a další. Mohou to být předměty živé i neživé přírody.
Umělé světelné zdroje. Za svůj původ vděčí člověku, protože jsou jeho vynálezem.

Zařízení pro umělé viditelné elektromagnetické záření

Umělé zdroje jsou zase následujících typů:

Žárovky. Vyzařují světlo zahříváním kovového vlákna na teplotu několika tisíc stupňů. Samotné vlákno je umístěno v uzavřené skleněné nádobě, která je naplněna inertním plynem, který zabraňuje procesu oxidace vlákna.
Halogenové žárovky. Představují nový evoluční stupeň žárovek, ve kterých se k inertnímu plynu, ve kterém se nachází kovové vlákno, přidává halogenový plyn, například jód nebo brom. Tento plyn se dostává do chemické rovnováhy s kovem vlákna, kterým je wolfram, a umožňuje prodloužit životnost lampy. Halogenové žárovky používají místo skleněného těla křemen, který snese vyšší teploty než sklo.
Plynové výbojky. Tento typ světelného zdroje vytváří viditelné elektromagnetické záření v důsledku elektrických výbojů, které se vyskytují ve směsi plynů a kovových par.
Zářivky. Tyto elektrické světelné zdroje produkují záření z fluorescenčního povlaku na vnitřní straně pouzdra lampy, který je vybuzen ultrafialovým zářením z elektrického výboje.
LED zdroje (z anglického Light Emitting Diode). Tento typ světelného zdroje je diodový zdroj elektromagnetického záření. Vyznačují se jednoduchostí designu a dlouhou životností. Jejich výhodou oproti jiným elektrickým světelným zdrojům je také nízká spotřeba energie a téměř úplná absence tepelného záření.

Přímé a nepřímé záření

Přímé světelné zdroje jsou zařízení, přírodní tělesa a organismy, které mohou nezávisle emitovat elektromagnetické vlny ve viditelném spektru. Mezi přímé zdroje patří hvězdy, jejichž teplota dosahuje desítek a stovek tisíc stupňů, oheň, žárovky, ale i moderní zařízení, například plazmová televize nebo LCD monitor počítače, který produkuje záření vyvolané mikroelektrickým výbojem.

Dalším příkladem přímých přírodních zdrojů světla jsou zvířata, která vykazují bioluminiscenci. Záření v tomto případě vzniká v důsledku chemických procesů probíhajících v těle tvorů. Patří mezi ně světlušky a někteří obyvatelé hlubokého moře.

Nepřímé zdroje světla jsou tělesa, která sama světlo nevyzařují, ale jsou schopna jej odrážet. Navíc reflexní schopnost každého tělesa závisí na jeho chemickém složení a fyzikálním stavu. Nepřímé zdroje jsou posvěceny pouze díky tomu, že jsou pod vlivem elektromagnetického záření z přímých zdrojů. Pokud nepřímý zdroj neakumuluje světelnou energii, pak když na něj přestane působit světlo, přestane být viditelný.

Příklady nepřímého záření

Tradičním příkladem světelných zdrojů tohoto typu je družice Země, Měsíc. Toto nebeské těleso odráží sluneční paprsky, které na něj dopadají. Díky procesu odrazu můžeme v noci v měsíčním světle vidět jak samotný Měsíc, tak předměty kolem nás. Ze stejného důvodu jsou dalekohledem viditelné planety sluneční soustavy, stejně jako naše planeta Země (při pohledu z vesmíru).

Dalším příkladem objektu nepřímého záření, který odráží paprsky ze zdroje světla, je sám člověk. Obecně je zdrojem nepřímého záření jakýkoli objekt s výjimkou černé díry. Gravitační pole černých děr je tak silné, že z něj nemůže uniknout ani světlo.

Hlavní charakteristiky zařízení

Hlavní vlastnosti světelných zdrojů jsou následující:

Světelný tok. Fyzikální veličina, která charakterizuje množství světla emitovaného zdrojem za jednu sekundu ve všech směrech. Jednotkou měření světelného toku je lumen.
Intenzita záření. V některých případech je potřeba znát rozložení světelného toku kolem jeho zdroje. Právě toto rozdělení je popsáno touto charakteristikou, která se měří v kandelách.
Osvětlení. Měří se v luxech a představuje poměr světelného toku k jím osvětlené ploše. Tato vlastnost je důležitá pro pohodlné provádění určitých typů práce. Například podle mezinárodních norem by osvětlení v kuchyni mělo být asi 200 luxů, ale pro studium je již potřeba 500 luxů.
Radiační účinnost. Je to důležitá vlastnost každé elektrické lampy, protože popisuje poměr světelného toku vytvořeného daným zařízením k energii, kterou spotřebuje. Čím vyšší je tento poměr, tím je lampa považována za ekonomičtější.
Index vykreslení barev. Udává, jak přesně lampa reprodukuje barvy. U kvalitních žárovek je tento index kolem 100.
Barevná teplota. Je to míra „bělosti“ světla. Světlo s převládajícími červenožlutými barvami je tedy považováno za teplé a má barevnou teplotu nižší než 3000 K, studené světlo má modré barvy a vyznačuje se teplotou barvy nad 6000 K.

Využití umělých zdrojů viditelného záření

Každý umělý zdroj elektromagnetického záření určitého typu je využíván lidmi v té či oné oblasti činnosti. Oblasti použití světelných zdrojů jsou následující:

Žárovky jsou i nadále hlavními zdroji vnitřního osvětlení díky své nízké ceně a dobrému indexu podání barev. Tyto žárovky jsou však postupně nahrazovány žárovkami halogenovými.
Halogenové žárovky byly koncipovány jako elektrické spotřebiče, které by jejich výměnou zlepšily účinnost žárovek. V současnosti našly své uplatnění v automobilech.
Zářivkové světelné zdroje se používají především k osvětlení kanceláří a jiných servisních prostor díky své rozmanitosti tvarů a vyzařování rozptýleného a rovnoměrného světla. Vyzařovací účinnost tohoto typu lampy se zvyšuje s rostoucí délkou a průměrem.

Význam přirozeného světla pro lidské zdraví

Pro všechny organismy, které žijí na planetě Zemi, jsou rotace naší planety a periodicita dne a noci důležité procesy pro normální život a průběh biologického cyklu. Navíc většina živých tvorů potřebuje přímé sluneční světlo, aby byla zdravá.

Nedostatek slunečního záření vede u lidí k rozvoji deprese a také k nedostatku vitaminu D, protože opálení člověka umožňuje tělu snadněji vstřebat tento vitamin.

Výsledky jedné studie ukázaly, že dostatečné vystavování se přímému slunečnímu záření může snížit a zmírnit některé příznaky některých onemocnění. Konkrétně problémy spojené s depresí zcela nebo částečně vymizely u 20 % pacientů. Sluneční záření samo o sobě samozřejmě není lékem na depresi, ale je nedílnou součástí komplexní léčby.