Источники света
Электрические источники света можно подразделить на две группы:
1. Источники теплового излучения. Это излучение возникает в результате теплового движения (колебательного или вращательного) молекул и атомов излучающего объекта.
2. Разрядные источники света – это источники, в которых световой поток возникает в результате электрического разряда в газах, парах металлов или в их смесях.
Основные положения теории нагрева
Основные теоретические положения, характеризующие нагрев тел, наиболее хорошо изучены на примере так называемого идеального излучателя − абсолютно черного тела (АЧТ) или как его иначе называют, – «излучателя Планка». Для реальных излучателей эти положения выполняются с некоторыми отступлениями от идеализированной теории, но эти отступления не носят принципиального характера.
Спектральная плотность () потока излучения является функцией абсолютной температуры тела и принимает различные значения для различных длин волн (рис. 24). Углубленный анализ этих зависимостей позволил сделать следующие известные из курса физики выводы:
о
бщий
поток излучения (площадь под кривой
())
пропорционален
четвертой степени абсолютной температуры
тела F
~ T4
(Закон
Стефана − Больцмана);максимальная плотность потока излучения пропорциональна пятой степени абсолютной температуры тела: j(l)МАК ~ T5;
длина волны, соответствующая максимальной плотность потока излучения, обратно пропорциональна абсолютной температуре тела: lМАК ~ 1/Т (Закон смещения Вина);
максимальная плотность потока излучения находится в видимой области спектра при нагреве излучателя до температур, лежащих в диапазоне от 3750 до 7800 К.
В связи с тем, что при изменении температуры нагрева тела меняется спектральный состав излучения, для наблюдателя такое тело будет менять свой цвет от темно-бордового при относительно меньших температурах до темно-красного, красного, желтого и белого при больших температурах. Это явление можно наблюдать, разогревая металлический гвоздь в пламени газовой горелки.
По этой причине для характеристики излучения различных объектов используется понятие «цветовая температура».
Цветовая температура ТЦ реального объекта – равна температуре АЧТ, при которой его излучение совпадает по спектральному составу с излучением этого объекта. Международное обозначение цветовой температуры – ССТ (Correlated Color Temperature)/
Естественному свету соответствует цветовая температура 6500 К.
Если для ЛН цветовая температура близка к фактической температуре нагрева спирали, то для других ИС цветовая температура не связана с реальной.
Психологически синие тона воспринимаются как холодные, а красные – как тёплые. Это служит объяснением странной взаимосвязи – чем выше цветовая температура ИС, тем более холодным кажется спектр его излучения.
Световой КПД показывает (рис. 25), какую долю световой поток Ф составляет от полного потока излучения F: C = Ф/F.
Световой КПД зависит от температуры нагрева объекта (рис. 26) и достигает теоретического максимума равного 14,5% при температуре 6500 К (температура поверхности Солнца). Это объясняется тем, что в процессе эволюции глаз человека приспособился к естественному источнику света. С дальнейшим ростом температуры максимум излучения теплового излучателя выходит из видимой области спектра и световой КПД уменьшается.
Так как температура, до которой разогрето тело накала ЛН, значительно ниже – 2400…2900 К (вольфрам плавится при 3653 К), то для них световой КПД лежит в пределах 1,5…4 %.