1.8. Електричні світлові пристрої

Електричні джерела світла перетворюють електричний струм на світлове випромінювання. Дуже важливою є залежність між продуктивністю (питомою випромінювальною здатністю) джерела світла, дією і електричною енергією.

1.8.1. Класифікація джерел світла

Подібно як і інші технічні вироби, джерела світла характеризуються найістотнішими параметрами. Користувач може вибрати відповідний тип жарівки на відповідну напругу і відповідно до застосування. Жарівки: напруга (В, U – вольти), потужність (Вт, W – вати) або, для малих жарівок, струм (мА, mA – міліампери). Освітлювачі і інші лампи подібного типу: тільки напруга і потужність. Залежність поміж даними величинами виникає з нижче наведених принципів.

Спад напруги U=R·I і рівняння потужності джерел світла P=U·I, де U - напруга (В), I - сила струму (A), R – опір (Ом), P - потужність (Вт).

В колах змінного струму, котрі не мають чисто активного опору, наприклад, оправи освітлювачів або електричних двигунів, необхідно додатково взяти до уваги ще один параметр – коефіцієнт потужності cosφ. Він виникає через зсув фази, який виникає між напругою і струмом в такому колі. Відповідно така залежність є наступною: P=U·I·cosφ

1.8.2. Величини і технічні одиниці світла

Основними величинами і одиницями, якщо йдеться про світло і освітлювальну техніку є величини, подані в табл. 1.13. Ці величини

Таблиця 1.13 - Деякі світлові величини та їх одиниці

Величина	Символ		Одиниця
	Позначення українською	Позначення латиною	Позначення українською	Позначення латиною
1	2	3	4	5
Світловий потік	Ф	Ф	лм	lm
Сила світла	І	I	кд	cd
Освітленість	Е	Е	лк
Питома сила світла	L	L	кд/м2	cd/m2
Продуктивність джерела світла			лм/Вт	lm/W

використовуються при описі корпусів і джерел світла, розкладанні освітлення, якості освітлення і т.д. Важливо, щоб при розрахунку освітлювальних приладів, а також при вимірюваннях результати завжди подавались у цих одиницях.

Світловий потік (Ф) – [лм]. Визначається в люменах [лм] і означає усе світло, котре випромінюється з джерела світла (рис. 1.23). Світловий потік однак не є однорідним у всіх напрямках

Сила світла (І) – [кд]. Вимірюється у канделах [кд] і означає силу світла від одного джерела, яке подається в певному напрямку (рис. 1.24). Жарівка не дає однакової сили світла у всіх напрямках. Стандартна жарівка потужністю 100 Вт і з часом використання 1000 годин дає силу світла близько 120 кд (рис.

Рис. 1.23. - Світловий потік

Рис. 1.24. - Для порівняння: 1 кандела це сила світла, яка приблизно відповідає силі світла, яке надходить від свічки діаметром 25 мм

1.25) вздовж своєї осі та близько 110 кд перпендикулярно до неї (рис. 1.25.а). Лампа з рефлектором потужністю 100 Вт і куті випромінювання 35 градусів дає, завдяки випромінюванню майже усього світла в одному напрямку, сила світла становить близько 1000 кд в напрямку осі лампи (рис. 1.25.б).

Рис. 1.25. – Сила світла різних джерел

О світленість (Е) – [лк]. Освітленість вимірюється в люксах і є величиною світлового потоку, який падає на певну поверхню. Освітленість є відношенням усього світлового потоку Ф до площі поверхні А, на яку падає світло Е=Ф/А. Приклад: якщо площа поверхні А має значення 1 м² і рівномірно освітлена світловим потоком значенням 1 лм, то освітленість становить (рис. 1.26.а)

Рис. 1.26. – Освітленість та її залежність від відстані.

Е=Ф/А=1 лм/1 м²=1 лк. (1.16)

Вище поданий приклад застосовується властиво тоді, коли ми маємо рівномірний світловий потік на всій поверхні. Насправді таке трапляється досить зрідка і, тому, на загал застосовується середнє значення освітленості.

Освітленість залежить від відстані до джерела світла і зменшується із збільшенням відстані відповідно до такої залежності: оскільки Е=(Ф/А) cosІ, I=Ф/ω, а А=ω r² (r – це відстань), отримуємо Е=І/r², де Е - освітленість у лк, І - сила світла у канделах, а r - відстань у м. Відповідно можемо визначити освітленість у певному пункті, якщо знаємо, яку яскравість дає джерело в напрямку цього пункту. Приклад: освітленість при силі світла 1000 кд становить: на відстані 1 м: Е=І/r²=1000 кд/1 м²=1000 лк; на відстані 2 м: Е=І/r²=1000/22 лк=250 лк (рис. 1.26.б)

Ця залежність є, між іншим, основою для підрахунку кількості комплектів великих рефлекторів, освітлювальних приладів, розміщених на високих опорах, місцевих освітлювальних приладів і т.д.

Питома сила світла (L) – кд/м²

Значення питомої сили світла вимірюється у канделах на м² [кд/м²] або на см² [кд/см²]; це величина сприйняття оком світла, котре воно сприймає від освітлюваної поверхні. Питома сила світла виражається як сила світла у відношенні до площі освітлюваної поверхні, перпендикулярної до напрямку сприйняття. Іншими словами, це сила світла, яке сприймається оком, яке дивиться на світловипромінювальну поверхню (рис. 1.27).

Значення питомої сили світла світловипромінювальної поверхні залежить від сили світла, яке падає, і коефіцієнта відбиття поверхні в напрямку бачення. Таке визначення є дуже важливим, наприклад, для забезпечення якісного вуличного освітлення. Чорне вуличне покриття має дуже погану здатність відбивати світло і, тому, низьку питому силу світла, на відміну від світлого вуличного покриття, котру набагато краще видно, завдяки вищій питомій силі світла. Добрі відбивальні властивості поверхонь дають змогу застосовувати меншу кількість або менш потужні освітлювальні прилади. Визначення питомоїсили світла є важливим чинником при визначенні рівня осліплення. Якщо в полі бачення є великі різниці питомої сили світла, то це може спричинити осліплення.

Дивлячись на рефлектор вночі можна осліпнути, чого не трапляється

Рис. 1.27. - Питома сила світла – це міра сприйняття світла оком від світловипромінювальної поверхні

сонячного дня.

Рефлектор має однакову питому силу світла як вдень, так і вночі. Однак, вночі питома сила світла довкілля дуже низька, тому контраст буде великим, а осліплення сильним. Вдень питома сила світла довкілля може бути більш-менш тієї ж величини як і рефлектора, тому контраст буде малий і осліплення не настане.

Продуктивність джерела світла (ŋ) – лм/Вт

Ця величина характеризує ефективність джерела світла. Продуктивність джерела світла вказує на те, як велика частка електричної енергії, яку споживає джерело світла, перетворюється на світловий потік: ŋ=Ф/Р.

Чим більшим є це значення, тим продуктивнішим є джерело світла. Із врахуванням цієї величини варто враховувати ресурс роботи джерела світла.

Таблиця 1.14 - Порівняння властивостей різних джерел світла

Тип джерела світла	Електрична потужність, Вт	Світловий потік, лм	Продуктивність джерела світла, лм/Вт	Ресурс, год.
1	2	3	4	5
Жарівки	60...100	730...1380	12,1...13,8	1000
1	2	3	4	5
Жарівки галогенові низької напруги	20	350	17,5	2000
Компактні лампи денного світла	11	600	54,5	8000
Лампи денного світла	36	3450	95,8	12000
Ртутні лампи	80	4000	50	15000