Las fuentes de luz artificial son dispositivos técnicos de varios diseños y con varios métodos de conversión de energía, cuyo objetivo principal es obtener radiación de luz (tanto visible como con diferentes longitudes de onda , por ejemplo, infrarroja ). Las fuentes de luz utilizan principalmente electricidad , pero en ocasiones también se utilizan energía química y otros métodos de generación de luz (por ejemplo, triboluminiscencia , radioluminiscencia , etc.). A diferencia de las fuentes de luz artificial, las fuentes de luz natural son objetos materiales naturales: el Sol , las auroras , las luciérnagas , los relámpagos , etc.
La discrepancia entre el espectro de una fuente de luz artificial y el espectro de una natural puede afectar negativamente la salud de las personas [1]
La primera fuente de luz utilizada por las personas en sus actividades fue el fuego (llama) de un fuego. Con el paso del tiempo y la creciente experiencia con la quema de varios materiales combustibles, las personas han descubierto que se puede obtener más luz quemando maderas resinosas, resinas naturales, aceites y ceras . Desde el punto de vista de las propiedades químicas, tales materiales contienen un mayor porcentaje de carbono en masa, y cuando se queman, las partículas de carbono de hollín se calientan mucho en la llama y emiten luz. Más tarde, con el desarrollo de las tecnologías de procesamiento de metales, el desarrollo de métodos de encendido rápido utilizando pedernal y pedernal permitió crear y mejorar significativamente las primeras fuentes de luz independientes que podían instalarse en cualquier posición espacial, transportarse y recargarse con combustible. Además, un cierto progreso en el procesamiento de aceite , ceras, grasas y aceites y algunas resinas naturales hizo posible aislar las fracciones de combustible necesarias: cera refinada, parafina , estearina , palmitina , queroseno , etc. Tales fuentes fueron principalmente velas , antorchas , aceite, y más tarde lámparas y faroles de aceite. Desde el punto de vista de la autonomía y la comodidad, las fuentes de luz que utilizan la energía de la quema de combustibles son muy convenientes, pero desde el punto de vista de la seguridad contra incendios ( llama abierta ), las emisiones de productos de combustión incompleta (hollín, vapor de combustible, carbón monóxido ) representan un peligro conocido como fuente de ignición. La historia conoce muchísimos ejemplos de la ocurrencia de grandes incendios , que fueron provocados por lámparas y faroles de aceite , velas, etc.
Un mayor progreso y desarrollo del conocimiento en el campo de la química, la física y la ciencia de los materiales permitió a las personas usar también varios gases combustibles , que emiten más luz durante la combustión. La iluminación de gas se desarrolló bastante en Inglaterra y en varios países europeos . Una ventaja especial de la iluminación de gas fue que se hizo posible iluminar grandes áreas en ciudades, edificios , etc. debido al hecho de que los gases podían ser entregados de manera muy conveniente y rápida desde el almacenamiento central ( cilindros ) usando manguitos de goma ( mangueras ) o acero. o tubería de cobre , y también es fácil cortar el flujo de gas del quemador simplemente girando la válvula de cierre . El gas más importante para la organización del alumbrado de gas urbano fue el llamado " gas de alumbrado ", producido por pirólisis de la grasa de animales marinos ( ballenas , delfines , focas , etc.), y algo más tarde producido en grandes cantidades a partir del carbón . durante la coquización de estos últimos en plantas de alumbrado de gas.
Uno de los componentes más importantes del gas de alumbrado, que daba la mayor cantidad de luz, era el benceno , descubierto en el gas de alumbrado por M. Faraday . Otro gas que encontró un uso significativo en la industria del alumbrado a gas fue el acetileno , pero debido a su tendencia significativa a encenderse a temperaturas relativamente bajas y altos límites de concentración de ignición, no encontró un uso generalizado en el alumbrado público y se usó en minería y bicicletas. " lámparas. Otra razón que dificultaba el uso del acetileno en el campo de la iluminación de gas era su costo excepcionalmente alto en comparación con el gas de iluminación.
Paralelamente al desarrollo del uso de una amplia variedad de combustibles en fuentes de luz químicas, su diseño y el método de combustión más rentable (regulación del flujo de aire), así como el diseño y materiales para mejorar el rendimiento y la potencia de la luz (mechas , tapas de gas, etc.) se mejoraron. En lugar de mechas de corta duración hechas de materiales vegetales ( cáñamo ), se impregnaron mechas vegetales con ácido bórico y fibras de asbesto , y con el descubrimiento del mineral monacita , se descubrió su notable propiedad de brillar intensamente cuando se calienta y contribuir a la integridad de combustión de gas de alumbrado. Para aumentar la seguridad de uso, la llama de trabajo comenzó a cercarse con redes metálicas y tapas de vidrio de varias formas.
El progreso adicional en el campo de la invención y el diseño de fuentes de luz se asoció en gran medida con el descubrimiento de la electricidad y la invención de las fuentes de corriente . En esta etapa de progreso científico y tecnológico , se hizo bastante obvio que es necesario aumentar la temperatura del área que emite luz para aumentar el brillo de las fuentes de luz. Si, en el caso del uso de reacciones de combustión de varios combustibles en el aire, la temperatura de los productos de combustión alcanza los 1500-2300 ° C, entonces cuando se usa electricidad, la temperatura aún puede aumentar significativamente. Cuando se calientan con una corriente eléctrica , varios materiales conductores con un alto punto de fusión emiten luz visible y pueden servir como fuentes de luz de intensidad variable. Como tales materiales se han propuesto: grafito (filamento de carbono), platino , tungsteno , molibdeno , renio y sus aleaciones. Para aumentar la durabilidad de las fuentes de luz eléctrica, sus cuerpos de trabajo (espirales y filamentos) comenzaron a colocarse en cilindros especiales de vidrio (lámparas) vacíos o llenos de gases inertes o inactivos ( hidrógeno , nitrógeno , argón , etc.). Al elegir un material de trabajo, los diseñadores de lámparas se guiaron por la temperatura máxima de funcionamiento de la bobina calentada, y se dio preferencia principal al carbono (lámpara de Lodygin, 1873) y luego al tungsteno. El tungsteno y sus aleaciones con renio siguen siendo los materiales más utilizados para la fabricación de lámparas incandescentes eléctricas, ya que en las mejores condiciones pueden calentarse a temperaturas de 2800-3200 °C. Paralelamente al trabajo sobre las lámparas incandescentes en la era del descubrimiento y uso de la electricidad, también se comenzó y se desarrolló significativamente el trabajo sobre la fuente de luz de arco eléctrico (vela de Yablochkov) y sobre las fuentes de luz basadas en una descarga luminiscente. Las fuentes de luz de arco eléctrico permitieron realizar la posibilidad de obtener flujos de luz colosales (cientos de miles y millones de candelas ) y fuentes de luz basadas en una descarga luminiscente, una eficiencia inusualmente alta. Actualmente, las fuentes de luz más avanzadas basadas en un arco eléctrico son las lámparas de criptón, xenón y mercurio , y las basadas en una descarga luminiscente -en gases inertes ( helio , neón , argón, criptón y xenón ) con vapor de mercurio y otros. Los láseres son actualmente las fuentes de luz más potentes y brillantes. Fuentes de luz muy potentes son también una variedad de composiciones de iluminación pirotécnica utilizadas para fotografía , iluminando grandes áreas en asuntos militares (fotobombas de aire, bengalas y bombas de iluminación).
Para obtener luz se pueden utilizar diversas formas de energía, y en este sentido, es posible señalar los principales tipos (en términos de utilización de energía) de fuentes de luz.
Las fuentes de luz tienen demanda en todas las áreas de la actividad humana: en la vida cotidiana, en la producción, en la investigación científica, etc. Dependiendo de un campo particular de aplicación, se imponen una variedad de requisitos técnicos, estéticos y económicos a las fuentes de luz y, a veces, se da preferencia a uno u otro parámetro de la fuente de luz oa la suma de estos parámetros.
Flash soviético con cámara trampa FIL-107
Faros de xenón en automóviles.
Vista aérea de pescadores pescando calamares del Pacífico con luces de xenón azules brillantes (centro) en el estrecho de Tsushima que separa Japón y Corea del Sur . El tinte naranja (izquierda) se encuentra en las luces de las ciudades coreanas, donde las lámparas de vapor de sodio se utilizan normalmente para el alumbrado público . En Japón (derecha), las lámparas de descarga de gas de mercurio , que tienen un tinte verdoso, se utilizan más comúnmente para la iluminación.
Las fuentes de luz de una constitución particular a menudo van acompañadas de la presencia de factores peligrosos, los principales de los cuales son:
Intensidad de luz de fuentes típicas:
Fuente | Potencia, W | Intensidad de luz aproximada, cd | Temperatura de color, K | Eficiencia, % | Tiempo hasta el fallo, h |
---|---|---|---|---|---|
Vela | una | ||||
Lámpara incandescente moderna (2006) | 100 | 100 | 2700 | 2.5 | 1000 |
LED ordinario | 0.015 | 0.001 | 4000 | 91 | 100,000 |
LED súper brillante | 2.4 | 12 | 4000 | 91 | 100,000 |
Lámpara fluorescente (fluorescente) moderna (2006) | veinte | 100 | 6500 | 15,000 | |
Lámpara de xenón de arco eléctrico | hasta 100 kw | ||||
lámpara de flash | hasta 10 kw | ||||
Lámpara de mercurio de arco eléctrico | hasta 300kW | 6500 | 12 000 | ||
Explosión nuclear (20 Kt) | 2.1⋅10 21 | ||||
Explosión termonuclear (50 Mt) | 5.3⋅10 24 | ||||
Primer láser de rubí | 0.1 |
Categoría |
tipo de |
Salida de luz ( lúmenes / vatio ) | % de eficiencia |
---|---|---|---|
Basado en combustión | Vela | 0,3 [2] | 0,04% |
quemador de gas | 2 [3] | 0,3% | |
lampara incandescente | Lámpara incandescente de 5 W (120 V) | 5 | 0,7% |
Lámpara incandescente de 40 W (120 V) | 12.6 [4] | 1,9% | |
Lámpara incandescente de 100 W (120 V) | 16.8 [5] | 2,5% | |
Lámpara incandescente de 100 W (220 V) | 13.8 [6] | 2,0% | |
Lámpara halógena de 100W (220V) | 16.7 [7] | 2,4% | |
Lámpara halógena de 2,6W (5,2V) | 19.2 [8] | 2,8% | |
Lámpara halógena de cuarzo (12-24V) | 24 | 3,5% | |
lámpara de alta temperatura | 35 [9] | 5,1% | |
Lámpara fluorescente | Fluorescente compacto de 5-24 W | 45-60 [10] | 6.6-8.8% |
T12 lineal, con balasto magnético | 60 [11] | 9 % | |
T8 lineal, con balasto electrónico | 80-100 [11] | 12-15% | |
T5 lineal | 70-100 [12] | 10-15% | |
Diodo emisor de luz | LED blanco | 10 - 97 [13] [14] [15] | 1.5-13% |
OLED blanco | 102 | quince % | |
LED prototipo | hasta 254 [16] | hasta 35% | |
Lámpara de arco | lámpara de arco de xenón | 30-50 [17] [18] | 4.4-7.3% |
Lámparas de halogenuros metálicos de mercurio de arco | 50-55 [17] | 7.3-8.0% | |
lámpara de descarga | Lámpara de sodio de alta presión | 150 [19] | 22% |
Lámpara de sodio de baja presión | 183 [19] - 200 [20] | 27-29% | |
lámpara de halogenuros metálicos | 65-115 [21] | 9.5-17% | |
Lámpara de azufre de 1400 W | 100 | quince % | |
límite teórico | 683.002 | 100 % |
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