2.4. Освещение

Учитель: - Дети, какие части света вы знаете? - Части света? - переспрашивает ученик. - Выключатель, лампочка, провода.

NN

Одна из первых функций, которую стало выполнять электричество, связана с освещением. Древние города никак не освещались, в лучшем случае – факелами или лампами с маслом. В домашнем освещении много веков правила бал свеча, а в избах простого народа – лучина. Первое постоянное ночное освещение стало возможно с изобретением керосиновых фонарей. Широко распространена была профессия фонарщика, в его обязанности входило обслуживание фонарей, их заправка, зажигание вечером и тушение утром. Следующий шаг связан с появлением системы газового освещения, представление о котором мы можем составить из фильмов, показывающих Лондон времён Шёрлока Холмса.

Газовое освещение было неудобным, дорогим и небезопасным. Революция в деле ночного освещения произошла с изобретением Александром Николаевичем Лодыгиным в 1872 году электрической лампочки накаливания. Источником свечения в ней являлся тонкий угольный стерженёк, светящийся при пропускании через него электрического тока.

Изобретение Лодыгина попадает в руки Эдисону. Со свойственной ему энергией и при наличии финансов американский предприниматель очень быстро усовершенствует лампу и тут же начинает промышленное производство в Америке.

В1876 годуПавел Николаевич Яблочков получает патент на изобретённую им электрическую свечу. В его лампочке светится газ электрической дуги. На Всемирной выставке в Париже в 1878 году свеча демонстрируется с большим успехом. Париж переходит с газового освещения на электрическое, а свет дуговых ламп стал называться во Франции «русским светом». Правда потом усовершенствованные в Европе лампы стали появляться в России и стали у населения вызывать ассоциации с освещенной и просвещенной Европой, не в пример «темной» России. Кое-где его даже стали называть Парижским светом. Так «русский» свет вернулся на Родину.

Сегодня не только Париж и Петербург светятся в ночное время искусственным светом электрических ламп. Каждый мегаполис «купается» по ночам в электрическом свете. При приближении к большому городу можно за 30 - 50 километров увидеть отсвет электрического освещения на облаках. Большую часть своего времени мы проводим при электрическом освещении, особенно в зимнее время. Современный человек – человек искусственного освещения. Первое и самое главное неудобство при отключении электроэнергии мы связываем с отсутствием света. В сознании современного человека электричество и свет настолько связаны друг с другом, что их часто используют как синонимы. Кто не слышал выражение «Сегодня отключили свет!».

При массовом потреблении электроэнергии на освещение стали существенными недостатки ламп накаливания и дуговых ламп – большая часть их энергии излучается в невидимом, тепловом диапазоне, а КПД не превышает и 10 %. Лампы накаливания правильнее называть не лампами, а печками, так как они больше греют, чем светят. Это хорошо знает тот, кто хотя бы раз стоял на сцене под светом мощных ламп – софитов. Когда около 35 % всей потребляемой электрической энергии стало приходиться на освещение, стало очевидно, что лампам накаливания пора искать альтернативу .

Замена лампам накаливания появилась не скоро – только в 60-е годы XX века появились электрические лампы другого принципа действия. Это люминесцентные лампы. Электрический разряд, протекающий через инертный газ, вызывает ультрафиолетовое свечение, преобразуемое поверхностью лампы в видимое. Именно поэтому такие лампы иногда называют световыми трансформаторами. Эти лампы значительно экономичнее и долговечнее ламп накаливания, но имеют свои недостатки – часть выходящего из неё ультрафиолетового излучения может принести вред зрению.

Следующая световая революция может по праву называться светодиодной. Она произошла относительно недавно, и все мы является её свидетелями. Теперь никто не берёт в поход тяжёлый фонарик с лампами накаливания, непрерывно работающий не более двух часов. В ходу лёгкие компактные фонарики. Две небольшие «пальчиковые» батареи обеспечивают работу такого фонарика в течение года, а яркость света при этом несравнимо больше!

Светодиоды произвели качественный скачок в световом окружении человека: они могут светиться самыми разными цветами, давать рассеянный и узконаправленный свет. Отсутствие вакуумированных баллонов и нитей накала, сверхминиатюрность, низковольтность, простота управления свечением, долговечность, надежность, ударо-, взрыво- и пожаробезопасность, экологичность – всё это относится к светодиодам. Но самое главное – современные светодиоды по достигнутой светоотдаче (80— 120 лм/Вт) во много раз превзошли лампы накаливания и некоторые типы люминесцентных источников.

Производством «полупроводникового света» занимаются такие крупные компании как японская Nichia, американская Cree, европейские Lumileds, Philips, Osram, и др. Параллельно наблюдается свёртывание стекольного производства для ламп накаливания. С 1 января 2011 года в Российской Федерации прекращен выпуск ламп накаливания мощностью более 100 Вт. Это означает, что «лампочка Ильича» остаётся символом XX века. И совсем скоро мы увидим эту лампочку только в музее, рядом с печатной машинкой и патефоном.

История светодиодной техники началась тогда, когда в 1922 году Олег Лосев, лаборант Нижегородской радиолаборатории заметил свечение некоторых точечных кристаллических диодов, которые использовались в радиоприемниках. По результатам наблюдения Лосевым была опубликована статья, оставшаяся практически незамеченной.

В 1953 году Генрих Велькер в Германии разработал теорию создания необходимых полупроводников из соединения элементов 3 и 5 групп Таблицы Менделеева и синтезировал некоторые из них, в частности, арсенид галлия — основу будущих лазеров и светодиодов.

В 1962 году американец Ник Холоньяк сообщил о начале полупромышленного выпуска светодиодов.

В 1970-е годы группа Жореса Алферова приспособила к светодиодам гетероструктуры (чередование слоев разных полупроводников вместо легирования, то есть добавления примесей). Японец Шуджи Накамура из фирмы Nichia в 1993 году создаёт яркий синий светодиод, а еще через 2 года и белый.

Сегодня светодиоды широко используют для разметки дорог, светофоров, маяки, бакенов, габаритных и стоп-сигнальных огней автомобилей.

Так, элементы разметки в антивандальном исполнении наглухо вдавливаются в дорожное полотно на 10 лет, периодическая подзарядка осуществляется индукционно. Динамично развивается рынок светопанелей — это вывески, рекламы, бегущие строки, огромные ТВ-экраны. Все активнее архитекторы и дизайнеры внедряют подсветку зданий, светодиоды для этого особенно привлекательны своей многоцветностью, удобством управления, долговечностью. Ватикан, например, намерен все крупные храмы украсить такой подсветкой.

Пройдет совсем немного времени, и ночная сторона нашей планеты будет ярко светить миллиардами светодиодов… Если, конечно, не появится новые источники света, еще более яркие и экономичные.

Темы для докладов и рефератов

Исследование КПД лампы накаливания.

История создания и принцип действия люминесцентных ламп.

Принцип действия и производство светодиодных ламп.

Сравнительные характеристики различных электрических ламп.

Определение экономической эффективности перехода на «энергосберегающие» источники света дома и в учебном учреждении.

Светотехника современного концертного зала.

Литература

1. Надеждин Н.Я. История науки и техники / Н.Я Надеждин.- Ростов н/Д: Феникс, 2006.

2. Решетов, В. Сияющий кристалл / В.Решетов. Вокруг света. №10. 2010.

3. Готлиб, И. Прощайте, лампочки Ильича / И. Готлиб. Вокруг света. №10. 2010.

4. Официальный сайт журнала «Наука и жизнь». – www.nkj.ru.