Меню

Первые приборы для освещения



История развития осветительных приборов

Издавна люди использовали искусственные источники света. Самым первым источником был огонь, который можно было использовать как в качестве стационарного источника света, так и переносного. Чтобы огонь можно было переносить, использовали факелы, конструкция которых усовершенствовалась и изменялась. Факел – самое древнее изобретение.

Устройство для удерживания факела, появившееся в средние века из кованых зажимов, закрепляющихся на плоскости стенки, послужили прототипом для современного бра. Лампадарий, представлявший собой круглую чашу, заполненную горючей жидкостью и медленно опускавшимся в нее фитилем, можно считать первым светильником. А первым свечкам – брускам твердого, перетопленного животного жира с фитилем внутри примерно пять тысяч лет.

С появлением свечки разновидность осветительных приборов неуклонно росла. Это и роскошные бра, и элегантные подсвечники, шикарные люстры. Стеклянные люстры берут свое начало в 17 веке, во времена зарождения российской стеклянной индустрии.

Первый электронный источник света появился в 1809 году, для этого сэр Хэмфри Деви использовал угольные электроды и батареи. Изобретатели не прекращали экспериментировать с разными материалами и в 1897 году Томас Эдисон и Джозеф Свен – светильники световых технологий, изобрели лампу накаливания, нить не обязательно должна была быть угольной.

Двадцатый век стал веком изобретений, в том числе и в области освещения и осветительных приборов. Свечи или керосиновые лампы стали вытеснятся электрическими осветительными приборами, дизайнеры максимально проявляли свою фантазию благодаря новым технологиям, разнообразие ламп, люстр, светильников еще не было таким огромным.

Источник

История освещения: от костра до светодиодов и дальше

Содержание

Кому из людей не знаком страх темноты? Конечно, многие взрослые скажут: чего там бояться, темнота она и есть темнота. Но давайте попробуем вспомнить то время, когда мы были детьми: кровать с уютными подушкой и одеялом представлялась крошечным безопасным островком в море темноты. Шкаф становился проходом в неизведанное, пространство под кроватью – убежищем для монстров. Почему темнота оказывает такое влияние на большинство людей, откуда берётся страх перед ней и почему мы чем дальше, тем отчаянней нуждаемся в свете?

Некоторые исследователи полагают, что страх перед темнотой появился у людей ещё в древности как следствие жизненного опыта. Например, многие хищники ведут ночной образ жизни, а значит, вероятность быть съеденным ночью оказывается выше. К тому же наши органы чувств плохо приспособлены к условиям слабой освещённости: всё-таки человек – существо преимущественно дневное. Добавим к этому суточные ритмы, которые (если речь не идёт о привыкшем к ночному образу жизни, хотя и тут вопросов остаётся достаточно) изменяют биохимические процессы в организме, что приводит к снижению умственной активности и физических способностей. Картина получается тревожная: человек ночью весьма уязвим. Ну а где тревога – там и страх, который в современном городе кажется чем-то иррациональным, но поспорить с опытом тысяч прошлых поколений, запечатлённым в нашей ДНК, не так-то просто.

Поэтому современные города стали похожи на новогодние ёлки – в поле зрения людей постоянно находится как минимум один источник света, а чаще – намного больше. В отдельных случаях экологи даже используют понятие «светового загрязнения» для описания засветки, возникающей над крупными городами, что ещё раз подчёркивает вред от избыточного освещения.

Костёр, а с ним и свет, и тепло

Когда-то человеческие поселения были еле-еле освещены светом костров и факелов. Первым источником света для первых людей стал огонь. И дело пошло на лад: хищники остались в окружающей костёр темноте, а поселенцы вдобавок получили источник тепла для приготовления пищи.

А почему вообще костёр светит? Горение – в самом общем случае – это процесс превращения одних веществ в другие, проходящий со значительным выделением тепла. Нас же интересует конкретный случай: что происходит при взаимодействии с кислородом. Когда мы подносим горящую спичку к топливу (пускай это будут обыкновенные дрова), поверхность дерева нагревается выше температуры воспламенения, и молекулы веществ, из которых состоит древесина, вступают с кислородом в химическую реакцию. При этом снова выделяется тепло и реакция становится самоподдерживающейся – выделившееся при сгорании одной порции вещества тепло идёт на воспламенение другой.

Читайте также:  Правильное освещение рабочего места ученика

Среди продуктов сгорания присутствует множество частиц с избыточной энергией, полученной в ходе реакции. Но долго пребывать в таком виде они не могут и стремятся вернуться в основное состояние. А поскольку энергия ниоткуда не берётся и никуда не пропадает, она испускается в том числе в виде фотонов, которые формируют как видимый свет, так и инфракрасное излучение, которое мы воспринимаем как тепло. Но здесь и кроется загвоздка. Поскольку на видимый свет приходится лишь небольшая часть излучения, световая отдача костра, факела, свечи и т.п. очень невелика.

Вплоть до XIX века, когда широкое распространение начало получать освещение электрическое, человечество использовало практически одно горение как источник света. На этом пути были перепробованы различные варианты топлива и исполнения светильников: в разное время и в разных ситуациях люди пользовались лучинами, керосиновыми и масляными лампами, свечами, газовыми фонарями. Встречались и экзотические решения. Например, индейцы использовали для освещения своих хижин высушенную рыбу-свечу с пропущенным через неё фитилём – обилие в ней жира прекрасно поддерживает горение. Собственно, поэтому эта небольшая рыбка и получила в народе такое название (по-научному же она это эвлахон или тихоокеанский талеихт).

Пробуем электричество

С приходом эпохи электричества ситуация начала меняться. Первыми электрическими лампами, вопреки расхожему мнению, стали вовсе не лампы накаливания, а угольные дуговые источники света. В таком приборе источником света выступала электрическая дуга, образовывавшаяся между двумя угольными электродами. В конце XIX века такие лампы получили широкое распространение в качестве источников уличного освещения.

Электрическая дуга появляется, когда вещество между двумя электродами под воздействием мощного электрического поля ионизируется и переходит в состояние плазмы. Но, как и в случае с горением, отдельные ионы стремятся вернуться в устойчивое энергетическое состояние, вследствие чего происходит их рекомбинация со свободными электронами, а излишек энергии испускается в виде фотонов. В зависимости от того, чем заполнено пространство между электродами – воздухом, благородными газами, парами металлов или их солей – изменяется спектр получаемого излучения.

Кстати, одним из изобретателей, отличившихся на поприще электрического света, стал наш соотечественник Павел Николаевич Яблочков, разработавший простую и эффективную конструкцию угольной дуговой лампы, в дальнейшем и названной его именем – свечой Яблочкова. Однако, Павлу Николаевичу тоже не удалось преодолеть один из самых больших недостатков таких источников света – их маленький срок службы. Большинство образцов угольных дуговых ламп горели не больше 100 часов.

Поэтому в начале XX века повсеместно стали использоваться более долговечные лампы накаливания с нитями из тугоплавких металлов, которые до сих пор, по прошествии уже более чем ста лет, всё ещё остаются весьма популярными в силу своей дешевизны и неприхотливости. Хотя первые образцы, разработанные Томасом Эдисоном ещё в 70–80-х годах XIX века использовали угольное волокно и также имели ограниченный срок службы – около 40 часов, это не помешало им получить широкое распространение и иметь коммерческий успех. Ключевым фактором для них стало удобство использования и низкая цена – в течение первых пяти лет существования фабрики Эдисона по производству ламп их цена снизилась с 1 доллара 25 центов до 22 центов за штуку.

Приветствуем газорязрядные лампы!

Но о дуговых, или разрядных, источниках света никто не забыл. Ещё в 90-х годах XIX века Никола Тесла запатентовал систему освещения газоразрядными лампами, наполненными аргоном. Такая лампа требовала для своей работы источника тока высокого напряжения и высокой частоты. Кстати, далёкие потомки тех первых ламп используются и по сей день, наряду с криптоновыми, ксеноновыми, неоновыми и некоторыми другими.

Читайте также:  Аккумулятор для освещения описание

В дальнейшем идея развивалась, появлялись металлогалогенные, натриевые лампы, большое распространение получили лампы ртутные – которые мы используем и сейчас. Хотя первые эксперименты с парами ртути в качестве внутренней среды газоразрядных ламп показали, что свет, отдаваемый таким источником, имеет довольно низкое качество – в видимой части его спектра преобладают синие и зелёные цвета. Более того, в нём велико количество ультрафиолета, для глаза невидимого, а в больших количествах вредного для живых организмов. На этом свойстве паров ртути, кстати, основаны бактерицидные и кварцевые лампы – в них используются специальные типы стёкол, которые в большей степени пропускают ультрафиолетовое излучение, чем привычное нам силикатное стекло.

В 1926 году группа немецких инженеров во главе с Эдмундом Гермером предложила покрывать внутреннюю поверхность ртутных ламп люминофором – веществом, которое способно поглощать ультрафиолет и переизлучать свет в видимом диапазоне. Так родилась люминесцентная лампа – она же лампа дневного света. Важным преимуществом газоразрядных ламп стала, была и остаётся более высокая эффективность по сравнению с лампами накаливания – их светоотдача может на порядок отличаться. А значит, меньше энергии становится теплом и больше – светом.

Появление светодиодов

Первые промышленно значимые светодиоды появились в 60-х годах XX века. На первых порах это были источники красного (реже – жёлто-зелёного) света, которые использовались в различных индикаторах. Эффективность их оставляла желать лучшего – всего 1-2 люмена на ватт, что было чуть ли не на порядок ниже традиционных ламп накаливания. 30 лет спустя, в середине 90-х годов, этот показатель составлял уже 30, а к концу тысячелетия – уже до 60 люменов на ватт.

Светодиод – это полупроводниковый прибор, излучающий свет при пропускании через него электрического тока. Источником же света служит процесс рекомбинации, также как у рассмотренных ранее дуговых ламп, но в данном случае он идёт не между положительно заряженными ионами и электронами, а между электронами и дырками – обычными «обитателями» полупроводников. Причём излучать светодиод может только в очень узком диапазоне спектра, определяемом составом полупроводника. Поэтому для создания белых светодиодов в любом случае используются люминофоры.

Серьёзным препятствием для массового внедрения светодиодного освещения оставалась высокая стоимость, но по мере открытия новых полупроводниковых материалов и увеличения объёмов производства их цена снижалась. Хотя до сих пор светодиодные лампы обходятся дороже, чем сопоставимые им по световому потоку лампы накаливания, это с лихвой компенсируется существенно более низким энергопотреблением и на порядок большим сроком службы.

Распространённым является мнение, что газоразрядные лампы в настоящее время сменяются на светодиодные источники в силу большей энергоэффективности последних. Это тоже не совсем правда. До недавнего времени световая отдача большинства светодиодных светильников была ничуть не выше их аналогов, например, с натриевыми лампами высокого давления. Основными критериями здесь стали срок службы – чем дольше не нужно менять лампочку, тем меньше средств тратится на сам процесс замены, безопасность с экологической точки зрения – поскольку паров ртути в них нет, утилизировать светодиодный источник света можно, как любой другой электронный прибор. Но с развитием технологии световая отдача у светодиодов будет только расти, а классические газоразрядные лампы уже достигли практического предела и дальнейшие фундаментальные исследования в этой области кажутся нецелесообразными. В настоящее время перспективные образцы светодиодов, находящиеся на стадии исследовательской работы, показывают светоотдачу на уровне 250 лм/вт.

Смотрим в будущее

Что же нас ждёт в будущем? В настоящее время ведутся разработки в области органических светодиодов (OLED), но пока срок службы и характеристики не позволяют использовать их в качестве источника света. В любом случае потенциал светодиодного освещения ещё далеко не исчерпан, а значит, в ближайшие годы нас ждёт постепенное развитие этого направления с увеличением энергоэффективности и уменьшением цены.

Читайте также:  Освещение строительных площадок требования

Одним из перспективных направлений в развитии светодиодных приборов выглядит использование люминофоров на основе квантовых точек. Квантовая точка – это полупроводник, расстояние между энергетическими уровнями электронов в котором зависит от его геометрии. При переходе от одного уровня к другому испускается фотон, а значит, меняя размер квантовой точки и, соответственно, расстояние между энергетическими уровнями, мы можем менять энергию фотона, а следовательно – и частоту излучения или цвет света. Эти и некоторые другие свойства позволяют говорить о превосходстве квантовых точек над традиционными люминофорами. В настоящее время производство квантовых точек возможно в промышленных масштабах. Некоторые компании уже представили конечные продукты, в том числе и лампы, на их основе.

Источник

Первые приборы для освещения

Большинство ученых справедливо полагают, что временем наиболее активного развития человечества является эра открытия огня. Его использовали для приготовления пищи, защиты от диких животных, обогрева и освещения своего жилища.

Прошло много веков, прежде чем люди научились контролировать огонь и создавать осветительные приборы.

Самым первым и самым древним светильником, придуманным человеком, был обыкновенный факел. В средние века его крепили к стенам замков и разных потайных ходов с помощью специальных зажимов. Прототип современного оборудования использовался и в Древней Греции. Там для освещения помещений сооружались треноги с горючим, а также подвесные лампады.

Следующий этап развития осветительных приборов – это свечи. Первые свечи изготавливались из воска, который в те времена был очень дорогим материалом. Поэтому свечи горели только в домах зажиточного населения. В 18 веке французский химик Мишель Шевроль впервые предложил заменить воск более дешевым аналогом — жиром, который практически не имел запаха и не выделял копоть при горении.

Бурное развитие науки и открытия в области химии позволили использовать для освещения горючие газы. Первые фонари, с так называемым «светильным газом», были установлены в Лондоне в 1807 году на одной из самых оживленных улиц- Пэлл Мэлл. В Россию подобные светильники заехали на 50 лет позже. Нужно отметить, что газовое освещение стало настоящей революцией в науке и технике. Конструкция газовых горелок со временем совершенствовалась и они используются до сих пор.

Вот мы и дошли до светильника в традиционном для нас понимании этого слова. Открытие электричества дало безграничные возможности для изобретателей и для человечества в целом. Теперь можно было увеличивать температуру нагрева источника света, тем самым увеличивая интенсивность светового потока. Первыми токопроводящими материалами, которые использовали для нагревания, стали угольная нить, молибден, вольфрам и его сплавы. Источники света решили помещать в стеклянные резервуары, заполненные инертными газами, которые защищали их от внешних воздействий. В современных лампах накаливания используется вольфрамовая нить, способная нагреваться до 2800-3200 0 С

С самого начала эпохи освещения инженеры и изобретатели решали несколько основных вопросов: как повысить эффективность светильника и как сделать его безопасным. Решить эти задачи удалось с появлением светодиодного оборудования. Светодиоды хоть и были открыты еще в середине 20 века, но использоваться, как лампы, они стали лишь в начале 21-го. Причина кроется в том, что светодиоды излучают в очень узком диапазоне, что мешало создать источник света, приемлемый для глаза человека. Однако после большого количества доработок и измерений, с 2006 года светодиоды стали полноценным источником света. Преимуществами светодиодных светильников являются экономичность, отсутствие вредных элементов и долговечность. Единственным недостатком LED-оборудования считается его высокая стоимость, однако, постепенно цена светодиодных светильников становится все более доступной.

Несмотря на, казалось бы, идеальное освещение, создаваемое светодиодными лампами, история осветительных приборов не заканчивается. Мы уверены, что впереди еще много открытий, которые обеспечат светильникам максимальную эффективность, а нам – максимальный комфорт их использования.

Источник

Adblock
detector