Десятки тысяч лет в пещерах наших пращуров освещение и обогрев были совмещены. И свет, и тепло давали костры. Затем, когда люди начали жить в домах, жилища освещались сначала жировыми/масляными светильниками, а затем свечами. Бедные же освещали свои дома лучинами.
Наконец настал предреволюционный XIX век. Всего за сто лет освещение жилищ изменилось радикально, вместо свечей появились масляные, керосиновые лампы, а затем и газовое освещение.
Первый газовый рожок появился в Лондоне в 1805 году. Газовые фонари появились там в 1807 году — сначала только на одной улице, затем на большинстве улиц города. Уже к 1819 году в Лондоне было проложено 288 миль газовых труб, снабжавших газом более чем 50 тысяч фонарей. Потом газовые светильные рожки появились и в городских квартирах.
В разных странах газ, используемый для освещения, имел разный состав. Где-то это были легкие углеводороды, метан, этан. Светильный газ получали и при сухой перегонке древесины, и при перегонке угля (это была смесь водорода, метана и угарного газа).
Как освещались газом?
Ведь мы знаем, что конфорки газовой плиты на кухне очень хорошо греют, но дают мало света. Газовые лампы давали свет благодаря эффекту кандолюминесценции. Ученые того времени, открывшие этот эффект, даже не догадывались о его механизме.
Технически все было очень просто. Из шелка или вискозы делалась сеточка. Эту сеточку пропитывали солями тяжелых металлов, тория и церия, а затем сушили и размещали над газовым рожком. В огне почти мгновенно сгорала тканевая основа сетки, а вот металлы окислялись, их оксиды были очень прочны и выдерживали температуры свыше 2500 градусов. Окаменевшая раскаленная сеточка светила очень сильно (ну если сравнивать со свечой или с тусклым огоньком масляного фонаря).
При кандолюминесценции, которую еще называют калильным свечением, тепловая энергия переводится атомами тория в сильный видимый свет. Впрочем, ученым XIX века было достаточно того, что ториевая сеточка, будучи раскалена в газовом пламени, начинала очень ярко светиться.
Наконец в самом конце позапрошлого века появились лампы электрические, наступила эпоха электрического освещения. Новое освещение поражало воображение: ни опасности отравиться газом, ни вони и гари, ровный яркий и сильный свет.
Электричество триумфально захватило почти весь мир. На всех континентах улицы, дома и квартиры освещены десятками миллиардов лампочек.
Какие бывают электрические лампы?
Различают следующие типы электрических ламп видимого света:
- лампы накаливания;
- газоразрядные лампы;
- светодиодные лампы.
Про ультрафиолетовые (кварцевые) и инфракрасные лампы здесь говорить не будем, они излучают вне оптического диапазона.
Лампы накаливания бывают вакуумные, аргоновые, криптоновые, ксеноновые, галогенные. Постоянно изобретаются новые виды таких ламп.
Такие лампы дешевы, не содержат какой-то сложной электроники, практически мгновенно включаются и выключаются. Увы, служат они не слишком долго — до 1000 часов, у них низкий КПД, до 10% (остальное потребление энергии излучается в инфракрасном диапазоне).
В таких лампах электрический ток раскаляет спираль, обычно из вольфрама, самого тугоплавкого из металлов, у которого температура плавления составляет 3422 градуса Цельсия. Чтобы металл не окислялся, когда раскален добела, колба или заполнена инертными газами, или в ней вакуум.
Газоразрядные лампы делятся на люминесцентные и газосветные.
Люминесцентные лампы — это тоже, в каком-то смысле, лампы накаливания, просто свет они излучают по-другому. В герметичной трубке, заполненной парами ртути и аргоном под низким давлением, есть вольфрамовый нагревательный элемент, который испаряет ртуть и нагревает газ, а электрический разряд заставляет их испускать ультрафиолетовые лучи. Изнутри трубка покрыта люминофором на основе соединений фосфора. Ультрафиолетовое излучение заставляет люминофор светиться в оптическом диапазоне.
Подвидом люминесцентных являются лампы энергосберегающие. В их конструкцию входит электронный блок, который обеспечивает включение и продолжительное горение. Они потребляют во много раз меньше энергии, чем лампы накаливания, и служат гораздо дольше — до 15.000 часов. К их недостаткам стоит отнести их высокую цену и токсичное содержимое, ведь в них работают пары ртути.
Газосветные лампы светят тем, что излучает сам газ, находящийся внутри них. Работают они очень долго, до 20.000 часов, их энергоэффективность достигает 220 лм/Вт. К таким лампам относятся:
- Металлогалогенные (МГЛ) — в парах ртути производится дуговой разряд, а для изменения спектра излучаемого света в колбе, кроме ртути, находятся галогениды металлов. Такие лампы светят в десять раз сильнее, чем простые лампы накаливания, они очень долго работают. Их недостатком является то, что включаются они не сразу, а после выключения надо подождать, пока они остынут — иначе не включатся.
- Дуговые ртутно-люминесцентные лампы (ДРЛ) — кварцевая трубка с ртутными парами находится в стеклянной колбе, изнутри покрытой слоем люминофора. Когда через пары ртути проходит электрический разряд, излучается поток ультрафиолета, который заставляет слой люминофора излучать видимый свет. Такие лампы долго служат, излучают до 55 лм/Вт, очень надежны и компактны. Увы, они долго разгораются, а потом после выключения еще дольше должны остыть перед повторным включением. И они дают немного пульсирующий свет.Реклама
Светодиодные лампы, как и следует из их названия, основаны на светодиодах (light-emitting diode, LED). При прохождении тока в прямом направлении через p-n-переход происходит излучение фотонов. Этот эффект был открыт в 1907 году английским ученым Генри Раундом, обнаружившим, что при проходе тока в паре металл-карборунд на катоде прибора происходят вспышки света.
В США в 1961 году фирмой Texas Instruments был запатентован инфракрасный светодиод, работающий на основе арсенида галлия. А уже в 1962 году был создан первый фотодиод, работающий в оптическом диапазоне. Через десять лет усовершенствованные фотодиоды уже светили в 10 раз сильнее.
Наконец в XXI веке началось производство фотодиодных ламп. Работают такие лампы очень долго, энергии потребляют много меньше, чем лампы накаливания, и выдают до 146 люмен на ватт. Стоят они недешево, но их низкое энергопотребление и долгий срок службы искупают этот недостаток.
В общем, в зависимости от потребностей в различных отраслях промышленности и в быту применяют то такой вид ламп, то другой. На выбор влияет множество факторов — от того, какой силы свет необходим, до того, сколько такое освещение будет стоить.
К сожалению, большинство современных и экономичных ламп очень трудно утилизировать, так как в них используются пары токсичных металлов. Простые лампы накаливания намного менее экологически вредны, но там, где все решает выгода, экологичность уходит на второй план.