4. Искусственное освещение

Путь развития искусственного освещения был долгим и сложным.

С доисторических времен и до середины 19 века человек применял для искусственного освещения пламя факела, лучины, масляного светильника, свечи, керосиновой лампы и газовой горелки.

Лишь в 70-х годах 19 века русский электротехник П.Н. Яблочков изобрел лампу с электрической дугой. Называлась она свечой Яблочкова. В 1878 году ими были освещены некоторые улицы Парижа, а в 1879 году появились установки с дуговыми лампами Яблочкова в Петербурге и Москве.

В 1870 году другой русский электротехник А.Н. Лодыгин изобрел непламенный источник искусственного освещения – электрическую лампу накаливания. Лампа Лодыгина состояла из стеклянного баллона, в котором помещался тонкий угольный стерженек, укрепленный между двумя медными проводниками. Угольный стерженек при работе лампы накалялся и становился источником света, но быстро перегорал (через 30 – 40 минут). Выкачав воздух из баллона, Лодыгин несколько увеличил срок службы своей лампы.

В 1879 году американский изобретатель Эдисон нашел способ получения тонких угольных нитей, которые он использовал в устройстве электрической лампы. Им был также предложен удобный способ включения лампы в электросеть с помощью винтового цоколя и патрона. Тем самым Эдисон способствовал быстрому распространению электрического освещения.

В начале 20 века появились более экономичные пустотные лампы с металлической (из кадмия) зигзагообразной нитью. Большим недостатком пустотных электроламп было испарение материала нити при накале, из – за этого срок их службы сильно сокращался. Кроме того , испарившейся материал (уголь или металл) оседал на стеклянном баллоне и затемнял его.

В 1906 году Лодыгин изобрел лампу с нитью из вольфрама. Вольфрам тугоплавкий металл, плавящийся при 3387ºС. Чтобы уменьшить быстрое испарение вольфрама, баллон в лампочке стали наполнять инертными газами – аргоном (с примесью азота), криптоном.

Для уменьшения тепловых потерь вольфрамовую нить стали свивать в спираль и даже двойную спираль. При таком устройстве витка спирали обогревают друг друга и вокруг каждой из них создается слой неподвижного раскаленного газа.

Для освещения в быту и в большинстве случаев на производстве в России применяют электрические лампы накаливания, рассчитанные на два напряжения: 127 и 220В, мощностью 15 – 200Вт. Для специальных целей лампы накаливания изготавливаются и на очень большие мощности.

В лампах накаливания, несмотря на усовершенствования, только 3-4% энергии электрического тока превращается в световую энергию, остальная часть энергии идет на нагревание лампы и окружающего воздуха. Электрическая лампа накаливания больше греет, чем светит.

Большие достижения светотехники связаны с люминесцентными лампами. Люминесцентная лампа представляет собой длинную стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой покрыта тонким, но плотным слоем белых кристаллов люминофора. Поэтому снаружи нам кажется, что трубка как будто бы сделана из матового стекла. Воздух из трубки выкачивают и вводят в нее капельку ртути и немного инертного газа. При включении в электросеть трубка начинает светится. Подбирая опытным путем состав вещества люминофоров, можно получить световое излучение различной цветности. Во время свечения люминесцентных температура в них не превышает 50ºС.

Чем бы ни был свет он должен распространяться очень быстро. Когда мы зажигаем спичку, комната освещается мгновенно; исчезает освещение столь же быстро. Далее, свет распространяется прямолинейно. Мы не можем видеть из – за угла. При определенных условиях предмет с резкой границей имеет четкую тень. Пучок света, правильно сформированный распространяется по прямой линии. Два пучка света, проходя один сквозь другой, очевидно не взаимодействуют между собой. Об этом свидетельствует наш жизненный опыт. Отражение в зеркале человека, находящегося в комнате не искажается, если сбоку входит другой человек.

Всегда ли свет распространяется прямолинейно? Евклид сомневался, принять ли ему точку зрения Платона и определять прямую линию как линию, вдоль которой распространяется свет. Ему было известно, что на границе двух сред, например воды и воздуха, свет преломляется.

Даже в одной среде свет не всегда распространяется по прямой линии. В жаркий день шоссе на горизонте кажется мокрым, так как путь света, идущего сначала через горячий воздух вблизи земли, а затем через более холодный, искривляется, и мы воспринимаем увиденное как отражение мокрой дороги. Мы настолько привыкли к мысли, что свет распространяется прямолинейно, что предпочитаем считать шоссе мокрым или весло изогнутым, нежели согласиться, что путь света может быть искривленным.