Источники искусственного света
Для создания искусственного освещения используют газоразрядные и светодиодные лампы и лампы накаливания. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.
Основным элементом светодиодной лампы является полупроводниковый диод. При пропускании электрического тока через p-n-переход происходит излучение электромагнитных волн. Специальный подбор материала проводника обеспечивает видимый диапазон этого излучения.
Лампы накаливания имеют небольшую световую отдачу (7 – 20 лм/Вт), спектр сдвинутый в сторону красного и оранжевого излучения, но они просты в эксплуатации и могут работать независимо от температуры воздуха. Их рекомендуется использовать для освещения помещений, в которых нормированы низкие и средние уровни освещения (до 100 лм).
Благодаря удобству в эксплуатации, простоте в изготовлении, низкой инерционности при включении, отсутствии дополнительных пусковых устройств, надежности работы при колебаниях напряжения и при различных метеорологических условиях окружающей среды лампы накаливания находят широкое применение в промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами лампы накаливания имеют и существенные недостатки: низкая световая отдача (для ламп общего назначения ψ = 7...20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладают желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света.
В последние годы все большее распространение получают галогеновые лампы – лампы накаливания с иодным циклом. Наличие в колбе паров иода позволяет повысить температуру накала нити, т.е. световую отдачу лампы (до 40 лм / Вт). Пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с иодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3 тыс. ч. Спектр излучения галогеновой лампы более близок к естественному.
Основным преимуществом газоразрядных ламп перед лампами накаливания является большая световая отдача 40... 110 лм / Вт. Они имеют значительно большой срок службы, который у некоторых типов ламп достигает 8...12 тыс. ч. От газоразрядных ламп можно получить световой поток любого желаемого спектра, подбирая соответствующим образом инертные газы, пары металлов, люминофор. По спектральному составу видимого света различают лампы дневного света (ЛД), дневного света с улучшенной цветопередачей (ЛДЦ), холодного белого (ЛХБ), теплого белого (ЛТБ) и белого цвета (ЛБ).
Основным недостатком газоразрядных ламп является пульсация светового потока, что может привести к появлению стробоскопического эффекта, заключающегося в искажении зрительного восприятия. При кратности или совпадении частоты пульсации источника света и частоты вращения обрабатываемых изделий вместо одного предмета видны изображения нескольких, искажается направление и скорость движения, что делает невозможным выполнение производственных операций и ведет к увеличению опасности травматизма. Пульсации также сказываются на работе зрительного анализатора. Как показывают исследования сетчатка успевает среагировать на пульсации светового потока и освещенности частотой 100 Гц (при промышленной частоте эл. тока f=50Гц, освещенность в течение секунды достигает максимума 100 раз), это вызывает утомление глаз и может привести к неблагоприятным последствиям.
К недостаткам газоразрядных ламп следует отнести также специальную утилизацию (содержат ртуть), длительный период разгорания, необходимость применения специальных пусковых приспособлений, облегчающих зажигание ламп; зависимость работоспособности от температуры окружающей среды.
Преимуществами светодиодных ламп является малое электропотребление, в 10 раз меньшее, чем у ламп накаливания и в 3 раза меньшее, чем у люминесцентных ламп и срок службы около 100000 часов или 11 лет непрерывной работы. Есть еще достоинства – это их относительная безвредность, т.е. отсутствие ртути и простая утилизация. Они устойчивы к вибрациям, низким температурам и механическим повреждениям из-за отсутствия у них хрупких элементов, таких как стеклянная колба или нить накаливания.
К недостаткам светодиодных ламп относится высокая цена. Кроме того светодиод требователен к источнику питания. Необходимость блока питания не только увеличивает стоимость, но и ставит вопрос о том, куда его спрятать, чтобы было и незаметно для глаз, и доступно в случае, если потребуется замена. Многие светотехнические фабрики встраивают блоки питания в корпус светильника, что значительно упрощает подключение и установку. Также, нужно отметить, что несмотря на длительный срок службы, светодиод со временем тускнеет и теряет яркость из-за деградации химических и физических параметров светоизлучающего кристалла. Скорость деградации светодиода напрямую зависит от качества теплоотвода.