1. Основные понятия светотехники и характеристики

Лучистая энергия, излучаемая в виде электромагнитных колеба­ний в пространство, является одной из известных форм энергии.

В зависимости от длины λ волны (то же, что и от частоты колебаний) лучистая энер

гия может иметь различные свойства и характер дейст­вия.

У излучений в виде радиоволн λ = (10 000…0,0001) м, у инфракрасных лучей λ =

= (1000,77) мкм ( микрометров ), у видимой части лучистой волны (световой) λ = (0,77…

…0,38) мкм, ультрафиолетовые лучи имеют длину волны λ = (0,38…0,008) мкм, у рентге-

новских, гамма- и космических лучей λ < 0,008 мкм.

Радиоволны излучаются искусственными вибраторами.

Инфракрасные лучи образуются, главным образом, при колебаниях отдельных час-

тей молекул или групп атомов.

Видимые и ультрафиоле­товые лучи излучаются атомами и молекулами веществ в результате изменения состояний электронов на внешних орбитах.

Рентгеновские лучи возникают в результате изменений состояний электронов на внутренних орбитах.

Гамма-лучи появляются в результате распада радиоактивных элементов.

Итак, свет представляет собой поток электромагнитных колебаний с длиной волны 0,77…0,38 мкм.

В человеческом глазе этот поток, попадая на сетчатку, преобразуется в биологиче

скую энергию и вос­принимается как свет. Восприятие света глазом пропорционально его чувствительности к различным цветам, точнее - к различным длинам волн.

Диапазон длин волн 0,77…0,38 мкм в глазе преобразу­ется в свет разных цветов, к каждому из которых глаз прояв­ляет разную чувствительность. Наиболее видимыми являются желто-зеленые излучения с дли­ной волны 0,555 мкм.

Одной из основных величин в светотехнике является световой поток Ф, представ

ляющий собой мощность лучистой энергии, оцениваемую по световому ощу­щению. За единицу светового потока принят люмен (лм). Напри­мер, лампа накаливания мощ­ностью 40 Вт и напряжением 220 В излучает световой поток 268 лм, а люминесцентная лампа типа ЛБ мощностью 40 Вт – 2350 лм.

       Рис. 17.1. Кривая распределения силы света светильника типа 335А

Реальный источник света распределяет световой поток в простран­стве неравномер

но.

Пространственная плотность светового потока носит название силы света:

                                          I = Ф / Ω,

где Ω - телесный угол.

За единицу силы света принята кандела ( кд). Силу света, равную 1 кд, имеет точеч

ный источник света, который в пределах телесного угла 1 стера­диан (ср) создает световой поток, равный 1 лм (1 кд = 1 лм /1 ср).

Сте­радиан - угол, вырезающий на поверхности сферы площадь, равную квадрату радиуса данной сферы.

Сила света определяется конструк­цией осветительного прибора и значением свето

вого потока источника света. Она большая у сигнального прожектора, где угол Ω мал, и имеет небольшое значение у обычного светильника.

Чтобы иметь представ­ление о том, как в разных направлениях данный светильник распрост­раняет свет, строят кривые светораспределения ( рис. 6.1.), которые позволяют определить силу света от данного светильника в любом направлении при условной лампе в светильнике, создающей поток 1000 лм.

Для оценки условий освещения обычно пользуются понятием освещенности. За единицу освещенности принят люкс ( лк ). Освещен­ностью называется поверхностная площадь светового потока

                                          Е = Ф / S,

где Ф - световой поток, лм;

S - площадь освещаемой поверхности, м².

Например, в летний полдень освещенность составляет около 100 000 лк, в полнолу

ние - 0,2 лк, на столе в аудитории - 150 лк.

Освещенность на судах нормируется Правилами Регистра . Так, для помещений ЦПУ и МО освещенность должна быть не менее 75 лк, для проходов и палуб - 50 лк.

Источники света

Классификация источников

По принципу действия  источники света, применяемые на судах, разделяют на теп-

ловые (лампы накаливания) и газоразрядные (люминесцентные лампы низко­го и высокого давления).

Лампы накаливания

Эти лампы состоят из стеклянной колбы, внутри которой на стеклянном стержне с помощью молибденовых крючков закреплена нить накала из вольфрамовой проволоки.

Два платинитовых или никелевых электрода соединяют концы нити накала с цоко

лем, изготовленным из латуни или оцинкованной стали. Лампы малой мощности выполня

ют вакуумными, а колбы ламп большой мощности заполняют смесью тяжелых инертных газов (аргон, криптон, азот) под давлением около 80 кПа.

Основная цель заполнения ЛН инертным газом - замедлить испарение материала нити (увеличить время горения N ) и уменьшить передачу теплоты к колбе.

Температура нити накала вакуумных ЛН составляет около 2400ºС, а газонаполнен-

ных - около 2900°С. С повышением температуры накала увеличивается световая отдача ψ лампы - отношение светово­го потока (лм) лампы к ее электрической мощности (Вт).

Лампы нака­ливания большой мощности, а также лампы низкого напряжения, имею

щие более толстую нить и, следовательно, допускающие более высокую температуру нака

ла, обладают большей световой отдачей по сравнению с ЛН малой мощности и высокого напряжения.

К применению на судах рекомендованы лампы судовые и общего назначения, с обычной и цилиндрической колбой (продолжительность горения 1000 ч), а также низко

вольтные миниатюрные и автомобильные лампы, лампы прожекторные мощностью 500-5000 Вт с небольшой продолжительностью горения (30-400 ч), лампы зеркальные с внут-

рен­ним зеркальным покрытием колбы для концентрации светового потока и лампы кварце

вые галогенные (йодистые).

Последние изготов­лены в виде горизонтально устанавливаемых цилиндрических кварце­вых трубок небольших габаритных размеров со спиральной нитью накала, располо-

женной по длине трубки. При напряжении 200 В их мощность (1500 и 1000 Вт) обеспечи-

вает мощный световой поток (33 000 и 22 000 лм) при сроке службы 2000 ч.

В состав инертных газов кварцевой лампы введены галогены (йод или бром), что обеспечивает оседание испаряющегося вольфрама на нить накала и повышает срок .служ-

бы лампы.

Рис. 17.2. Характеристики ламп накаливания:

                   N- время работы; Р – мощность лампы; Ф – световой поток лампы;

                   U – напряжение питающей сети

       Лампы накаливания широко используют благодаря ряду досто­инств: простоте кон

струкции и низкой стоимости, широкому диапазону шкал мощностей и напряжений, раз

нообразию форм и размеров, прос­тоте подключения к сети, отсутствию периода разгора-

ния и широкому диапазону рабочих температур (±60ºС).

В то же время они имеют существенные недостатки: низкий КПД (2-3 %), большую зависимость характеристик ламп от колебаний напряжения (рис. 5.2), отличие спектраль-

ного состава от естественного света.