В давние времена человечество думало, что мы можем видеть благодаря лучам-щупальцам, которые выходят из глаз, как бы пробуя на ощупь предметы. Кажется, нелепо и смешно. Но на самом деле, Откуда он исходит? Различают естественные источники света и искусственные. Современные представления гласят, что свет - это электромагнитные волны или поток фотонов. На самом деле свет является излучением, но той его части, которая может восприниматься глазом. Именно поэтому его называют При распространении света обнаруживаются его волновые качества. О которых поговорим ниже.

Свет

Что же это такое? Прямо скажем, это электромагнитная волна. Она воспринимается глазами человека. Правда, существуют границы восприятия - от 380 до 780 нм. При более низких показателях идет поток ультрафиолета, который человек видеть не может, зато ощущает. На коже он проявляется как загар. Существует также инфракрасное излучение, которое способны видеть только некоторые живые организмы, а людьми это воспринимается как тепло.

Свет бывает разного цвета. Если вспомнить радугу, она является обладательницей семи цветов. Присутствующий в ней фиолетовый цвет образуется пучком длины волн 380 нм, красный - 625, а вот зеленый - 500, больше чем фиолетовый, но меньше чем красный. От многих искусственных источников света исходят белого цвета волны. Белый свет происходит, когда смешиваются все остальные основные цвета - это красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Свойства

Благодаря опытам удалось установить, что свет имеет электромагнитную природу. Проще говоря, свет - это электромагнитное излучение, которое можно увидеть.

Свет может похвастаться тем, что имеет способность проходить через прозрачные вещества и тела. Благодаря этому солнечный свет через атмосферу легко проникает на землю. Но при этом он преломляется. Когда на пути света встречается непрозрачное тело или предмет, то свет отражается от них. Таким образом мы принимаем отраженный цвет глазом и видим не только цвет, но и форму.

Определенная часть света поглощается предметами, и они нагреваются. Светлые предметы нагреваются не так сильно, как темные, так как поглощают больше света, а отражается меньше. Именно поэтому они выглядят темными. Львиная часть информации о том, что нас окружает, поступает именно через зрение. Благодаря ему мы все анализируем. Хорошее зрение и высокий уровень работоспособности очень связаны с освещением.

Источники

Тела, от которых исходит свет, и являются источниками света. Существуют естественные и искусственные источники света. Самый популярный и жизненно необходимый естественный источник света - Солнце, а именно солнечная радиация - лучистый поток звезды, который достигает поверхности нашей планеты в виде прямого и рассеянного света. В естественном свете, а если быть точнее в его спектре, находятся ультрафиолетовые лучи, которые просто необходимы для человека. Диффузность - вот характерная черта естественного освещения. Это благоприятно для зрения. После того как мы разобрались со многими понятиями, можно приступить к объяснению что же это такое - искусственные и естественные источники света.

Искусственные источники

До конца 19 века единственным являлся огонь, во всех его интерпретациях. Позже активно стартовало бурное развитие электрических источников света. За почти 130 лет их существования огонь был практически полностью вытеснен - появились керосиновые лампы, свечи. Они и теперь используются, когда случается авария на станции, когда внезапно пропадает освещение, для романтического вечера, для создания соответствующей обстановки. В турпоходах, когда разрядились фонарики, используют Для более обширного освещения можно развести костер.

Костер - искусственный или естественный источник света? Следует разобраться. Пламя сгорающих сухих сучьев, а также пламя свечи, газовой горелки и так далее - это искусственные источники. Хотелось бы отметить одну особенность. Искусственными источниками света могут управлять люди.

Рассудим так: в принципе, костер горит самостоятельно, отдавая еще и тепло. Возле него можно греться, видеть в темное время суток друзей, сидящих напротив и поющих под гитару. Вроде костер — это естественный источник света. Он дает свой неотраженный свет, как Луна. Но тут начинает костер гаснуть, появляется необходимость подкинуть дров. Чем больше дров, тем больше пламя. Значит, им можно управлять. Более того, изначально костер создали сами туристы. А искусственными источниками называются те, что создал человек. Отсюда напрашивается вывод: костер - это всё-таки искусственный источник света.

Искусственным также являются технические устройства, самого разнообразного строения. Это лампы накаливания, прожекторы, электрические светильники и прочее. Существуют тела, которые не могут излучать самостоятельно, а источают отраженный свет, например, Луна.

Более детально рассмотрим, какие источники света являются естественными.

Естественные источники

Все объекты, от которых струится природный свет, следует отнести к натуральным источникам. Они и есть естественные источники света. Неважно, какое идет испускание волн, как основное или вторичное свойство. Природные источники света играют огромную роль в жизни всех живых организмов. Природные источники в природе не контролируются человеком:

• Солнечный свет.
• Огонь, естественный источник света.
• Свет звезд.
• Свечение разнообразных животных и растительных организмов.

И это далеко не весь список. Можно перечислить еще естественные источники света. Примеры: Солнце, палящее июльским днем, звезды, которые можно наблюдать ночью и складывать их в причудливые созвездия, молния, разрывающая рыхлые облака, комета с роскошным хвостом или полярное сияние, переливающиеся и вызывающее восхищение. Естественным светом можно считать поблескивающих в траве, как маленькие крупинки золота, насекомых и некоторые виды рыб, важно плывущие почти на морском дне.

Межзвездный газ

Разряженная газовая среда заполняет пространство между звездами. Газ прозрачен. Основная часть межзвёздного газа наблюдается ближе к плоскости Галактики. Этот слой имеет толщину много сотен парсек. Химический состав похож на большинство звезд - это водород, гелий и немного тяжелых частиц. Газ находится в атомном, молекулярном и ионизированном виде, все зависит от плотности и температуры. Газ поглощает а они взамен отдают ему имеющуюся энергию. Ультрафиолетовое излучение, исходящее от горячих звезд, начинает нагревать газ. Затем сам газ начинает излучать свет. Человек наблюдает его как светлую туманность.

Биолюминесценция

Хитрое слово обозначает умение живых организмов светиться. Это умение достигнуто самостоятельно либо при помощи симбионтов. Греческое слово «биос» означает жизнь. А латинское «люмен» - свет. Такой талант, как создание света, принадлежит не каждому. Для этого необходимы специально светящиеся органы и обладание более развитым организмом. Например, в фотофорах рыб, в особых органоидах у одноклеточных эукариот, в цитоплазме у бактерий. Вспомним о светлячках и кое-каких водных организмах, которые обитают на дне океанов (глубоководная каракатица, радиолярия). Биолюминесценция — это продукт химических процессов, энергия, которая освобождается, при этом начинает выделяться в виде света. Другими словами, это специальный вид хемилюминесценции.

Радиолюминесценция

Этот процесс вызван влиянием ионизирующего излучения. Такие химические соединения, которые излучают гамма- и рентгеновские лучи, альфа-, бета-частицы, употребляют для появления радиолюминесцентного слоя в некоторых веществах. Например, красители, которые состоят из смеси сульфида цинка и вещества-источника ионизирующей радиации, излучают свет длительный период времени. Этот период измеряется годами и даже десятилетиями. Такие вещества нашли широкое применение в специальных красках. Ими покрывали циферблаты часов, приборов.

Распространение света

Свет не имеет способности огибать препятствия, которые встречает на своем пути. Он распространяется прямолинейно. И никак иначе. Поэтому за предметом, который не обладает прозрачными свойствами, образуется тень. Не всегда тень бывает черной. Так как туда попадают рассеянные и отраженные лучи света, которые исходят от других предметов. Особенно хорошо это знают художники.

Лучи света не способны пройти сквозь темную преграду. Например, если Луна оказывается между Солнцем и Землей, отсюда и возникают солнечные затмения.

Источники света. «Горячие» и «холодные»

Рассмотрим естественные источники света. Примеры теплых источников - это Солнце. Оно является не только основным источником света, но и тепла. Поэтому в понимании человечества свет - значит тепло. Раскаленная лава, которая быстро стремится вниз по склону вулкана, тоже выделяет огромное количества тепла, но света несколько меньше.

«Холодный» свет в своей жизни каждый встречал. Это светлячки, гнилушки. Но тела обладателей такого света не нагреваются.

Точечный источник света

При изучении световых явлений появилось понятие «точечный источник света». Не является открытием то, что все источники света имеют свой размер. Естественным источником света является звезда. Солнце - это желтый карлик. Есть звезды гораздо габаритнее, но воспринимаются людьми как точечные источники света, ведь они находятся на громаднейшем расстоянии от нашей планеты.

В заключение хотелось бы отметить еще естественные источники света в нашем бренном существовании - это радость и счастье! Пусть они никогда вас не покидают и освещают ваш жизненный путь.

Свет всегда окружает нас в природе. И солнечный свет, и лунный свет, и звездный свет являются наиболее важными источниками света к жизни человека. Но, также, из-за потребности в дополнительном свете, люди научились собственными силами создавать свет. Понимание фундаментального различия между естественным и искусственным светом является отправной точкой в описании естественных и искусственных источников света. Природные источники света существуют в природе и находятся вне контроля людей. Они включают в себя солнечный свет, лунный свет, свет звезд, различных растительных и животных источников, радиолюминесценцию, и, конечно, огонь.

Искусственными источниками света могут управлять люди. Примеры таких источников – пламя от сгорающих поленьев, языки пламени масляной или газовой горелки, электрические лампы, свет от фотохимических реакций, и других различных реакций, например свет от реакций со взрывчатыми веществами.
Из-за их очевидных преимуществ с точки зрения доступности, безопасности, чистоты, и возможности удаленного управления, электрические лампы вытеснили почти все другие искусственные источники освещения в жизни человека. Однако, так как энергия, необходимая для работы таких искусственных источников света обеспечивается в основном при потреблении природных ресурсов, мы приходим к мысли о том, что необходимо в максимально возможной степени использовать природные источники света.

Эксплуатации природных источников света остается одной из самых больших проблем в освещении.

Дизайнеры и архитекторы прикладывают огромные усилия в целях максимального использования источников света такого типа.

А вы знаете, какими характеристиками обладают ? О них вы сможете узнать все из нашей статьи.

А светодиодные источники ультрафиолетового излучения можно прочитать . Попробуйте разобраться, в каких областях лежит применение таких источников?

С практической точки зрения, источники света могут быть классифицированы с точки зрения качеств света, который они производят . Эти качества имеют решающее значение для результата освещения и должны быть в первую очередь учтены при выборе источника для освещения.

Наиболее естественный свет исходит от солнца, также естественен и лунный свет. Его происхождение делает его абсолютно чистым, и он не потребляет природные ресурсы. В то же самое время искусственные источники для преобразования накопленной энергии в световую энергию обычно требуют потребления природных ресурсов, таких как ископаемое топливо. Электрическое освещение с одной стороны превосходит по всем параметрам обыкновенное пламя от сгорание древесины, газа, нефти, но и является источником загрязнения. В то же самое время, электричество может быть получено из природных источников энергии, таких как ветер, гидро-, геотермальная и солнечная энергии.
Принцип работы электрической лампы накаливания определяет практически все параметры света создающегося такой лампой. В общем и целом, лампы накаливания генерируют свет по принципу накаливания, при котором металл нагревается до тех пор, пока он не начинает светиться.
В это же время большинство других типов ламп излучают свет посредством сложной системы химических реакций, при протекании которых электрическая энергия превращается в световую энергию.

При этом выделение тепловой энергии всегда является побочным эффектом.

Эти процессы протекают в таких лампах в отношении генерируемого света обычно более эффективно, чем в лампах накала — за счет сложности и других ограничений. Например, флуоресцентная лампа генерирует свет при подачи электрического напряжения в газе, который в свою очередь испускает ультрафиолетовое излучение, которое окончательно преобразуется в видимый свет особым веществом, которое и обеспечивает необходимое свечение. Этот процесс генерирует свет примерно на 400 процентов более эффективно , чем в случае с обычными лампами накаливания.

Об окружающеммире дает нам зрение. Однако видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет. С этого параграфа мы начинаем изучение световых, или оптических (греч. optikos - зритель­ный) явлений, т. е. явлений, непосредственно связанных со светом.

1. Наблюдаем свтовые явления

Co световыми явлениями мы встречаемся каждый день на протяже­нии всей жизни, ведь они являются частью естественных условий, в кото­рых мы живем. Некоторые из световых явлений кажутся нам настоящим чудом - например, миражи в пустыне, полярные сияния. Тем не менее, согласитесь, что и более привычные для нас световые явления: блеск ка­пельки росы в солнечных лучах, лунная дорожка на плесе, семицветный мост радуги после летнего дождя, молния в грозовых тучах, мерцание звезд в ночном небе - тоже являются чудом, так как они делают мир вокруг нас замечательным, полным волшебной красоты и гармонии.

2. Выясняем, что такое источники света

• Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называют источ­никами света.

Оглянитесь вокруг, обратитесь к своему опыту - и вы, без сомнения, назовете много источников света: Солнце, вспышка молнии, огонь костра, пламя свечи, лампа накаливания, экран телевизора, монитор компьютера и т. п. (рис. 3.1). Свет могут излучать также организмы (некоторые морские животные, светлячки и др.).

Рис. 3. Некоторые источники света

В ясную лунную ночь мы можем доволь­но хорошо видеть предметы, освещенные лун­ным сиянием.

3. Различаем естественные и искусственные источники света

В зависимости от происхождения раз­личают естественные и искусственные (со­зданные человеком) источники света.

К естественным источникам света отно­сятся, например, Солнце и звезды, раскален­ная лава и полярные сияния, некоторые све­тящиеся объекты среди животных и растений: глубоководная каракатица, радиолярия, светя­щиеся бактерии и т. п. Так, в теплую летнюю ночь в лесной траве можно увидеть яркие пят­нышки света - светлячков.

Не могут полностью удовлетворить все возрастающую потребность че­ловека в свете. И потому еще в древности люди начали создавать искусственные источники све­та. Сначала это были костер и лучина, позднее появились свечи, масляные и керосиновые лам­пы. В конце XIX века была изобретена электри­ческая лампа. Сегодня различные виды электри­ческих ламп используют повсюду (рис. 3.2-3.4).

В помещениях мы обычно используем лампы накаливания. К сожалению, они недо­статочно экономны: в таких лампах большая часть электрической энергии расходуется на нагревание самой лампы и окружающего воз­духа и только 3-4 % энергии превращается в световую. В последние годы, однако, появи­лись новые, в несколько раз более экономные конструкции электрических ламп.

Большие помещения (супермаркеты, цеха предприятий и т. п.) освещаются источниками света в виде длинных трубок - лампами днев­ного света. Для разноцветной иллюминации, которой ночью подсвечены некоторые дома, торговые центры и т. п., используют неоновые, криптоновые и другие лампы.

Рис. 3.2 Для освещения стадио­нов используют дуговые лампы

Рис. 3.3. Мощными источниками искусственного света являются галогенные лампы в фарах совре­менного автомобиля

Рис. 3.4.Сигналы современных светофоров хорошо видны даже тогда, когда солнце светит ярко. В таких светофорах лампы нака­ливания заменены светодиодами

4. Знакомимся с тепловыми и люминесцентными источниками света

В зависимости от температуры источников света их разделяют на тепловые и люминесцентные.

Солнце и звезды, раскаленная лава и лампа накаливания, пламя кост­ра, свечи, газовые горелки и т. п. - все это примеры тепловых источников света: они излучают свет благодаря тому, что имеют высокую собственную температуру (рис. 3.5).

Люминесцентные источники света отличаются от тепловых тем, что для их свечения не нужна высокая температура: световое излучение может быть довольно интенсивным, а источник при этом остается относительно хо­лодным.

Примерами люминесцентных источников является экран телевизора, монитор компьютера , лампы дневного света, указатели и дорожные знаки, покрытые люминесцентной краской, световые индикаторы, некоторые организмы, а также полярные сияния.

5. Узнаем о точечных и протяженных источниках света

В зависимости от соотношения размера источника света и расстояния от него до приемника света различают точечные и протяженные ис­точники света.

Источник света считается точечным, если его размер относительно невелик по сравнению с расстоянием от него до приемника света.

В противоположном случае источник счи­тается протяженным.

Таким образом, один и тот же источник света в зависимости от условий может счи­таться как протяженным, так и точечным.

Так, когда мы находимся в кухне, то лампа дневного света (трубка длиной 0,5-I м), кото­рая ее освещает, является для нас протяжен­ным источником света. Если же мы попробуем посмотреть на ту же лампу снаружи (напри­мер, из скверика напротив дома, с расстояния 100-150 м от источника света), то лампа будет представлять собой точечный источник.

Таким образом, к точечным источникам света можно отнести даже огромные звезды, которые по размеру намного больше, чем Солн­це, - в том случае, если наблюдать их с Зем­ли, с расстояния, которое в миллионы раз пре­вышает размеры этих звезд.

6. Характер изуем приемники света

Вы, наверное, уже догадались, что уст­ройства, с помощью которых можно обнару­жить световое излучение, называют прием­никами света (рис. 3.6).

Естественными приемниками света явля­ются глаза живых существ.

Получая с помощью этих приемников ин­формацию, организм определенным образом реагирует на изменения в окружающей среде.

Так, войдя из темноты в ярко освещенную ком­нату, мы, конечно, зажмурим глаза, а увидев ночью свет фар автомобиля поблизости, обяза­тельно остановимся возле дороги.

Аналогичную глазам функцию выполняют искусственные приемники света. Так, фото­электрическими приемниками света - фотодио­дами - оборудованы, например, турникеты для прохождения пассажиров в метро, на вокзалах и т. п. Искусственные фотохимические прием­ники - это фото- и кинопленка, фотобумага.

Предлагаем вам самим ответить на вопрос о пользе таких фотохимических приемников.

Рис. 1.6. Приемники света

• Подводим итоги

Физические тела, атомы и молекулы которых излучают свет, называ­ют источниками света.

Источники света бывают: тепловые и люминесцентные; естественные и искусственные; точечные и протяженные. Например, полярное сияние - естественный, протяженный для наблюдателя на Земле, люминесцентный источник света.

Устройства, с помощью которых можно обнаружить световое излучение, называют приемниками света. Органы зрения живых существ - естествен­ные приемники света.

• Контрольные вопросы

1. Какую роль играет свет в жизни человека?

2. Что называют источ­никами света? Приведите примеры источников света.

3. Является ли Луна источником света?

4. На рисунке изображены различные источ­ники света. Какие из них вы отнесли бы к люминесцентным? тепловым?

5. Приведите примеры естественных и искусственных источников света.

6. Какие искусственные источники света встречаются чаще всего? При­ведите примеры использования этих источников в повседневной жизни, в технике.

7. При каких условиях источник света считают точечным? протяженным?

8. Какие устройства называют приемниками света?

• Упражнения

1. В каких из указанных случаев Солнце можно считать точечным источником света?

а) Наблюдение солнечного затмения;
б) измерение высоты солнца над землей;
в) наблюдение Солнца из космического корабля, летящего за преде­лами Солнечной системы;
г) определение времени с помощью солнечных часов.

2. В каждом из приведенных перечней определите лишнее слово или словосочетание. Объясните свой выбор.

а) Пламя свечи, Солнце, звезды, Земля, пламя костра;
б) экран включенного компьютера, молния, лампа накаливания, пламя свечи;
в) лампа дневного света, пламя газовой горелки, дорожные знаки, светлячки.

3. Одной из единиц длины, применяемых в астрономии, является свето­вой год. Один световой год равняется расстоянию, которое проходит свет в вакууме за один год. Сколько метров составляет световой год, если скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000км/с?

4. За какое приблизительно время свет проходит расстояние от Солн­ца до Земли, равное 150 000 000 км? (Скорость света в вакууме приблизительно равна 300 000 км/с.)

• Физика и техника в Украине

Выдающийся физик (1895- 1971) начинал свою научную деятельность в Крымском университете и в Одесском политехническом институте. Наиболее известное достижение академика И. Е. Тамма - теоретическое объяснение так называемого эффекта Черенкова. Эффект Черенкова - это слабое голубое свечение, издаваемое полупрозрачной средой при прохождении сквозь нее радиоактивного излучения. Теория Тамма лежит в основе работы детекторов быстрых заряженных частиц (черенковских счетчиков). За эти исследования И. Е. Тамм получил в 1958 году Нобелевскую премию по физике (совместно с И. М. Франко и П. О. Черенковым).

Физика. 7 класс: Учебник / Ф. Я. Божинова, Н. М. Кирюхин, Е. А. Кирюхина. - X.: Издательство «Ранок», 2007. - 192 с.: ил.

Содержание урока конспект урока и опорный каркас презентация урока интерактивные технологии акселеративные методы обучения Практика тесты, тестирование онлайн задачи и упражнения домашние задания практикумы и тренинги вопросы для дискуссий в классе Иллюстрации видео- и аудиоматериалы фотографии, картинки графики, таблицы, схемы комиксы, притчи, поговорки, кроссворды, анекдоты, приколы, цитаты Дополнения рефераты шпаргалки фишки для любознательных статьи (МАН) литература основная и дополнительная словарь терминов Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике замена устаревших знаний новыми Только для учителей календарные планы учебные программы методические рекомендации

Различные типы источников света

Определение 1

Источником света называют тело, излучающее энергию в световом диапазоне.

Классификацию источников света можно проводить в зависимости от различных их характеристик. Так в физике важным является деление источников света на точечные и непрерывные (модели источников света).

Возможно деление на естественные и искусственные источники света . К естественным источникам относят: Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды и т.д. Искусственными источниками света считают: пламя, разного рода лампы, светодиоды, лазеры. Искусственные источники света делят в зависимости от вида энергии, которая переходит в излучение.

Источники света подразделяют на:

• тепловые источники (свет в которых появляется в результате их нагрева до высоких температур);
• люминесцентные источники (световое излучение в которых, возникает за счет превращения различных видов энергии, отличной от тепловой).

Также искусственные источники света могут делить в зависимости от их конструктивных особенностей.

Характеристики источников света. Сила света

Определение 2

Точечным называют источник света , размерами которого можно пренебречь, в сравнении с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, которые излучает точечный источник, являются сферическими.

Определение 3

Для того чтобы охарактеризовать точечный источник применяют такое понятие как сила света ($I$) , которую определяют как:

где $dФ$ -- световой поток, который излучается источником в пределах телесного угла $d\Omega $ . Если рассматривать сферическую систему координат, то можно сказать, что в общем случае сила света зависит от полярного ($\vartheta$) и азимутального ($\varphi $) углов ($I=I(\vartheta,\varphi)$).

Определение 4

Источник света носит название изотропного , если его сила света не зависит от направления. Для изотропного источника света можно записать, что:

где Ф -- суммарный световой поток, который излучает источник по всем направлениям. Величину силы источника, которая определяется как (2) еще называют средней сферической силой света источника.

Если источник света нельзя считать точечным (протяженный источник), то используют понятие силы света элемента его поверхности ($dS$). В таком случае в формуле (1) под величиной $dФ$ понимают световой поток, который излучает элемент поверхности источника ($dS$) в пределах телесного угла ($d\Omega $).

Основной единицей измерения силы света в $СИ$ является кандела ($кд$) (старое - свеча ($св$) ). $1 кд$ излучает световой эталон в виде абсолютно черного тела при температуре $T=2046,6 K$ (температура затвердевания чистой платины) и давлении $101325 Па$.

Световой поток

Световой поток, который посылается точечным источником в телесный угол $d\Omega ,$ определяется выражением:

Соответственно, полный световой поток, который исходит от источника, равен интегралу по полному телесному углу $4\pi $:

Основная единица измерения светового потока - люмен ($лм$), который равен световому потоку, который испускает источник в $1 кд$ внутрь телесного угла $1 стерадиан$.

Освещенность

Определение 5

Величина ($E$) равная:

называется освещенностью . В выражении (5) $dФ_{pad}$ -- величина светового потока, который падает на элемент поверхности $dS.$ Освещенность измеряется с СИ в люксах (лк).

при равномерном распределении потока по поверхности.

Освещенность, которую создает точечный источник можно вычислить как:

где r- расстояние от источника до поверхности, $\alpha $ -- угол между нормалью к поверхности и направлением на источник.

Светимость

Протяженный источник света характеризуют светимостью ($R$) его участков. Она характеризует излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности по всем направлениям. Определяется она как:

где ${dФ}_{isp}$- поток, который испускает элемент поверхности источника ($dS$) по всем направлениям в пределах $0\le \vartheta \le \frac{\pi }{2}$, где $\vartheta$ -- угол, который образует выделенное направление с внешней нормалью к поверхности.

Светимость способна появляться из-за отражения поверхностью падающего на нее света. В таком случае под ${dФ}_{isp}$ следует понимать в выражении (8) поток, который отражается элементарной поверхностью $dS\ $по всем направлениям.

Светимость измеряется в $люксах$.

Яркость

Яркость ($B$) используют для характеристики излучения (отражения) света в выделенном направлении. Направление при этом задается полярным углом ($\vartheta$), который откладывается от внешней нормали ($\overrightarrow{n}$) к излучающей площадке и азимутальным углом ($\varphi $). Данная физическая величина определяется как:

где $dS$ -- элементарная светящаяся площадка. В общем случае $B=B(\vartheta,\varphi)$.

Определение 6

Источники света, яркость которых не изменяется в зависимости от направления, называют ламбертовскими (или косинусными, подчиняющимися закону Ламберта). Для ламбертовских светильников $dI$ элементарной площадки пропорциональна $cos \vartheta.$

Светимость и яркость связаны соотношением:

Единица яркости $кандела$ на квадратный метр ($\frac{кд}{м^2}$).

Пример 1

Задание: Найдите световой поток, который излучает элементарная поверхность $dS$ внутрь конуса , ось которого перпендикулярна выделенному элементу. Угол конуса равен $\vartheta_0$. Считать, что светящаяся поверхность подчиняется закону Ламберта и ее яркость равна $В$.

Решение:

За основу решения задачи примем определение яркости и из него выразим элемент светового потока:

Элементарный телесный угол в сферических координатах равен:

Подставим выражение для телесного угла в выражение (1.1), получим:

Найдем полный световой поток интегрированием выражения (1.3):

\[Ф=BdS\int\limits^{\vartheta_0}_0{sin\vartheta cos\vartheta d\vartheta }\int\limits^{2\pi }_0{d\varphi =\pi ВdS}sin^2 \vartheta_0.\]

Ответ: $Ф=\pi ВdSsin^2\vartheta_0.$

Пример 2

Задание: Яркость однородного светящегося диска радиуса $r$ изменяется в соответствии с законом $B=B_0cos\vartheta,$ где $B_0=const, \vartheta\ --\ $угол с нормалью к поверхности. Каков световой поток (Ф), который испускает диск?

Решение:

Элемент светового потока, используя уравнение из условий задачи для ярости выразим как

где элементарный телесный угол в сферических координатах равен:

Световой поток найдем как интеграл от выражения (2.1) при использовании (2.2):

\[Ф=B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{sin\vartheta}cos^2}\vartheta d\vartheta \int\limits^{2\pi }_0{d\varphi =}2\pi B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{sin\vartheta}cos^2}\vartheta d\vartheta=2\pi B_0dS{\int\limits^{\frac{\pi }{2}}_0{d(-cos\vartheta)}cos^2}\vartheta=\frac{2}{3}\pi B_0dS=\frac{2}{3}B_0{\pi }^2r^2.\]

Ответ: $Ф=\frac{2}{3}B_0{\pi }^2r^2.$

Существуют природные, или естественные, источники света. Это Солнце, звезды, атмосферные электрические разряды (например, молния). Луну также причисляют к источникам света, хотя правильнее было бы отнести её к отражателям света, так как она сама свет не излучает, а лишь отражает падающие на нее солнечные лучи. Естественные источники света существуют в природе независимо от человека.

Источники света. Люминесцентная пампа: 1 - контакты; 2 - стеклянная трубка, изнутри покрытая люминофором и наполненная инертным газом. Лампа накаливания: 1 - баллон; 2 - нить накала; 3 - держатель; 4 - цоколь. Ртутная газоразрядная лампа.

Электрическая дуга тоже может быть источником света.

Но есть множество источников света, создаваемых человеком. Это тела, вещества и устройства, в которых энергия любого вида при определенных, зависящих от человека условиях преобразуется в свет. Простейшие и древнейшие из них - костер, факел, лучина. В древнем мире (Египте, Риме, Греции) в качестве светильников использовали сосуды, наполненные животным жиром. В сосуд опускали фитиль (кусок веревки или скрученную в жгут тряпицу), который пропитывался жиром и горел довольно ярко.

В дальнейшем, вплоть до конца XIX в., основными источниками света служили свечи, масляные и керосиновые лампы, газовые фонари. Многие из них (например, свечи и керосиновые лампы) дожили до наших дней. Все эти источники света основаны на сжигании горючих веществ, поэтому их еще называют тепловыми. В таких источниках свет излучают мельчайшие раскаленные твердые частицы углерода. Их световая отдача очень мала - всего около 1 лм/Вт (теоретический предел для источника белого света около 250 лм/Вт).

Величайшим изобретением в области освещения было создание в 1872 г. русским ученым А. Н. Лодыгиным электрической лампы накаливания. Лампа Лодыгина представляла собой стеклянный сосуд с помещенным внутрь его угольным стержнем; воздух из сосуда откачивался. При пропускании по стержню электрического тока стержень разогревался и начинал светиться. В 1873 - 1874 гг. А. Н. Лодыгин проводил опыты по электрическому освещению кораблей, предприятий, улиц, домов. В 1879 г. американский изобретатель Т. А. Эдисон создал удобную для промышленного изготовления лампу накаливания с угольной нитью. С 1909 г. стали применять лампы накаливания с зигзагообразно расположенной вольфрамовой проволочкой (нить накаливания), а спустя 3–4 года вольфрамовую нить начали изготовлять в виде спирали. Тогда же появились первые лампы накаливания, наполненные инертным газом (аргоном, криптоном), что заметно повысило срок их службы. С начала XX в. электрические лампы накаливания благодаря экономичности и удобству в эксплуатации начинают быстро и повсеместно вытеснять другие источники света, основанные на сжигании горючих веществ. В настоящее время лампы накаливания стали наиболее массовыми источниками света.

Все многочисленные разновидности ламп накаливания (более 2000) состоят из одинаковых частей, различающихся размерами и формой. Устройство типичной лампы накаливания показано на рисунке. Внутри стеклянной колбы, из которой откачан воздух, на стеклянном или керамическом штенгеле при помощи держателей из молибденовой проволоки закреплена спираль из вольфрамовой проволоки (тело накала). Концы спирали прикреплены к вводам. В процессе сборки из колбы лампы через штенгель откачивают воздух, после чего её наполняют инертным газом и штенгель заваривают. Для крепления в патроне и подключения к электрической сети лампу снабжают цоколем, к которому подводят вводы.

Лампы накаливания различают по областям применения (осветительные общего назначения, для фар автомобилей, проекционные, прожекторные и т. д.); по форме тела накала (с плоской спиралью, биспиральные и др.); по размерам колбы (миниатюрные, малогабаритные, нормальные, крупногабаритные). Например, у сверхминиатюрных ламп длина колбы меньше 10 мм и диаметр меньше 6 мм, у крупногабаритных ламп длина колбы достигает 175 мм и более, а диаметр больше 80 мм. Лампы накаливания изготовляют на напряжения от долей до сотен вольт, мощностью до десятков киловатт. Срок службы ламп накаливания от 5 до 1000 ч. Световая отдача зависит от конструкции лампы, напряжения, мощности и продолжительности горения и составляет 10–35 лм/Вт.

В 1876 г. русский инженер П. Н. Яблочков изобрел дуговую угольную лампу переменного тока. Это изобретение положило начало практическому использованию электрического заряда для целей освещения. Созданная П. Н. Яблочковым система электрического освещения на переменном токе с применением дуговых ламп - «русский свет» - демонстрировалась на Всемирной выставке в Париже в 1878 г. и пользовалась исключительным успехом; вскоре во Франции, Великобритании, США были основаны компании по её использованию.

Начиная с 30‑х гг. XX в. получают распространение газоразрядные источники света, в которых используется излучение, возникающее при электрическом разряде в инертных газах или парах различных металлов, особенно ртути и натрия. Первые образцы ртутных ламп в СССР были изготовлены в 1927 г., а натриевых ламп - в 1935 г.

Газоразрядные источники света представляют собой стеклянную, керамическую или металлическую (с прозрачным окном) оболочку цилиндрической, сферической или иной формы, содержащую газ, а иногда и некоторое количество паров металлов или других веществ. В оболочку впаяны электроды, между которыми и возникает электрический разряд.

Наиболее широко для освещения зданий и сооружений применяются люминесцентные лампы, в которых ультрафиолетовое излучение электрического разряда в парах ртути преобразуется при помощи особого вещества - люминофора - в видимое, т. е. в световое, излучение. Световая отдача в срок службы люминесцентных ламп в несколько раз больше, чем ламп накаливания того же назначения. Среди подобных источников света наибольшее распространение получили ртутные люминесцентные лампы. Выполняется такая лампа в виде трубки из стекла (см. рис.) с нанесенным на её внутреннюю поверхность слоем люминофора. С двух концов в трубку впаяны вольфрамовые спиральные электроды для возбуждения электрического разряда. В трубку же вводят каплю ртути и немного инертного газа (аргона, неона и др.), который увеличивает срок службы и улучшает условия возникновения электрического разряда. При подключении лампы к источнику переменного тока между электродами лампы возникает электрический ток, возбуждающий ультрафиолетовое свечение паров ртути, которое в свою очередь вызывает свечение люминофорного слоя лампы. Световая отдача люминесцентных ламп достигает 75–80 лм/Вт. Мощность их колеблется в пределах от 4 до 200 Вт. Срок службы превышает 10 тыс. ч. Длина люминесцентных ламп составляет от 130 до 2440 мм. По форме трубки различают лампы прямые, V‑образные, W‑образные, кольцевые, свечеобразные. Такие лампы широко применяются для освещения помещений, в копировальных аппаратах, в световой рекламе и т. д. Для освещения автострад применяют натриевые лампы со световой отдачей до 140 лм/Вт. Улицы освещаются обычно ртутными лампами со световой отдачей 80–95 лм/Вт. Для газоразрядных источников света кроме высокой световой отдачи характерны простота и надежность в эксплуатации.

Совершенно новый тип источника света представляют собой лазеры, которые дают световые пучки с острой направленностью, исключительно яркие и однородные по цвету. А будущее осветительных приборов лежит за светодиодами.