Šviesa daro nepaprastai didelę įtaką žmogaus organizmui, jo savijautai ir nuotaikai. Gamtoje šviesos pasikeitimai vyksta dėl oro sąlygų, klimato ir metų, paros laiko. Į visa tai mes vienaip ar kitaip reaguojame, šviesos siunčiamus signalus priima mūsų pasąmonė. Ištisų tautų nacionalinis charakteris susiformavo veikiamas klimato ir kartu apšvietimo. Tačiau šiuolaikinis žmogus visais metų ir paros laikais gyvena ir dirba daugiausia patalpose. Čia būtinas dirbtinis apšvietimas. Jis gali sukurti ir tam tikrą nuotaiką, ir sudaryti galimybę susikoncentruoti, susikaupti. Nepakankamas arba netinkamas apšvietimas gali turėti priešingą, nepageidaujamą poveikį. Kadangi dirbtinai apšviestoje patalpoje mums tenka praleisti itin daug laiko, labai svarbu, kad šviesos šaltiniai būtų tinkamai parinkti. Svarbiausia tinkamai apšviesti rašomąjį stalą, prie kurio praleidžiama daug laiko, ir kur dažniausia natūralaus apšvietimo nepakanka. Tyrimais nustatyta, kad, geriau apšvietus darbo vietas, takus, žmonės ne taip greitai pavargsta, darbo našumas padidėja 10-20%, o esant netinkamam apšvietimui labai sumažėja darbo našumas ir tikslumas.
Tobulėjant vidaus ir lauko apšvietimo sistemoms, didėjant pasirinkimo galimybėms ir kartu suvokiant tinkamo apšvietimo svarbą žmogaus savijautai ir estetinėms pastatų savybėms atsiranda poreikis naujai specialybei − apšvietimo sistemų projektuotojas.
Šviesos įtaisai
Šviesos įtaisu vadiname įrenginį, sudarytą iš šviesos šaltinio (lempos) ir apšvietimo armatūros. Jis skirtas apšvietimui ir signalizacijai. Šviesos įtaisas turi būti estetiškas, gražus ir atitikti tokias funkcijas:
1) paskirstyti lempų šviesos srautą erdvėje ir, jei reikia, pakeisti jo savybes (spektrą ir pan.);
2) užtikrinti elektros lempų įjungimą/išjungimą ir jų stabilų darbą;
3) fiziškai apsaugoti lempas ir jų reguliavimo aparatus (PRA) nuo aplinkos poveikio ir mechaninio pažeidimo;
4) normaliomis darbo sąlygomis elektros įtaisai turi būti tvirti, patvarūs ir ilgaamžiai;
5) elektros įtaisai turi būti ekonomiški.
Šviesos įtaisų klasifikacija
Šviesos įtaisai klasifikuojami pagal pagrindinius ir papildomus požymius. Pagrindiniai požymiai – šviesos srauto paskirstymas, eksploatacijos sąlygos ir pagrindinė paskirtis.
Pagal pagrindinę paskirtį šviesos įtaisai skirstomi į apšvietimo ir šviesinės signalizacijos (atskirais atvejais tas pats įtaisas gali atlikti abi funkcijas).
Pagal eksploatacijos sąlygas šviesos įtaisai skirstomi į patalpų, atviros erdvės ir ekstremaliai aplinkai (sprogi, drėgna) apšviesti.
Pagal šviesos srauto pasiskirstymą yra skiriamos trys šviesos įtaisų grupės:
1.Prožektoriai – tai šviesos įtaisai, kurių optinis įrenginys surenka lempų šviesos srautą dideliame erdviniame kampe ir koncentruoja jį mažame (plokščias sklaidos kampas gali siekti 1…20). Prožektoriai skirti tolimiems objektams apšviesti (atstumas – šimtus, tūkstančius kartų didesnis už įtaiso matmenis). Jų atšvaitai gaminami parabolinės formos.
2.Projektoriai – tai šviesos įtaisai, kurių optinis įrenginys surenka lempos šviesos srautą dideliame erdviniame kampe ir koncentruoja jį mažame tūryje arba mažo ploto paviršiuje (projektoriaus parametrai yra žymiai mažesni už optinio įrenginio matmenis). Jie plačiai naudojami projekcinėje aparatūroje, technologiniuose šviesos įrenginiuose. Projektorių atšvaitai gaminami elipsės formos.
3. Šviestuvai – tai šviesos įtaisai, kurių optinis įrenginys surenka lempų šviesos srautą dideliame erdviniame kampe ir jį paskirsto dideliu erdviniu kampu, kuris gali siekti net 4π. Skirtingai negu prožektoriai ir projektoriai, šviestuvai nesukuria didelės šviesos srauto koncentracijos ir yra skirti netoli esantiems objektams apšviesti.
Šviesos šaltiniai
Tai šviesą skleidžiantys daiktai. Dėl jų mes matome mus supantį pasaulį. Šviesos šaltiniai skirstomi į gamtinius šviesos šaltinius ir dirbtinius šviesos šaltinius. Dirbtiniai šviesos šaltiniai, tai žmogaus sukurti prietaisai, skleidžiantys šviesą. Žmonės jau gilioje senovėje norėdami pasišviesti kūrendavo laužus. Jie buvo naudojami ir informacijai perduoti. Pavyzdžiui, ant aukštų piliakalnių kūrendami laužus žmonės įspėdavo vieni kitus apie gresiantį pavojų. Amžiams bėgant, kito ir žmonių dirbtinio pasišvietimo priemonės. Naudota aliejinės lempos, vaško žvakės, dujos, o atradus žibalą paplito žibalinės lempos. Vėliau išrasti šių laikų dirbtiniai šviesos šaltiniai – elektros lempa, lazeris ir kiti.
Šiuolaikiniuose šviesos įtaisuose naudojami įvairūs kaitinamieji ir dujų išlydžio šviesos šaltiniai bei šviesos diodai.
Kaitinamosios lempos. Kaitinamosios lempos spinduliavimo šaltinis – iš volframo vielos
pagamintas kaitinamasis siūlas, tekančios per jį srovės įkaitintas iki 2100÷2800°C temperatūros. Taip smarkiai įkaitusi volframo viela deguonies aplinkoje tuoj pat sudegtų. Todėl kolboje sudaromas vakuumas (lempose iki 25W galios) arba ji pripildoma inertinių dujų ir azoto mišinio (galingesnėse lempose).
Šios lempos privalumai:
1) platus jų vardinių galių ir įtampų diapazonas;
2) patvaresnė, kai reikia dažniau junginėti;
3) užsidega tuoj pat tik ją įjungus;
4) nereikia uždegimo įtaisų ir stabilizatorių, kurie būtini išlydžio šviesos šaltiniams.
Trūkumai:
1) mažas šviesos efektyvumas;
2) trumpas vidutinis veikimo laikas;
3) labai jautri maitinimo įtampos lygiui.
Halogeninės lempos. Tai kaitrinės lempos, kurių gaubiamasis balionėlis užpildytas halogeniniais garais, tokiais kaip bromas ar jodas. Ši technologija leidžia padidinti kaitrinės lempos veikimo trukmę bei padidinti volframinio siūlelio temperatūrą, nes tokioje aplinkoje volframo jonai sunkiau sublimuoja. Dėl aukštesnės siūlelio temperatūros, halogeninės lempos spinduliuoja efektyviau UV spektro dalyje negu įprastinės kaitrinės lempos, todėl tokios lempos papildomai ekranuojamos stiklo gaubtais.
Tokios lempos naudojamos siekiant geresnio šviesinio našumo bei aukštesnės spalvinės temperatūros.
Liuminescencinės lempos. Liuminescencinė lempa – tai žemo slėgio gyvsidabrio garų lempa. Ji pripildyta apie 1Pa slėgio gyvsidabrio garų, kuriuose vyksta elektros išlydis. Tarp elektrodų,
esančių stikliniame lempos vamzdyje, yra įtampa, teka srovė, juda krūviai, susidurdami su
gyvsidabrio atomais. Kadangi gyvsidabrio atomų koncentracija maža, tai elektronai ilgame ruože įsibėgėja ir susidurdami smarkiai sužadina gyvsidabrio atomus. Dėl to šie tampa didelės energijos su mažu bangos ilgiu šaltiniu. Vidinis stiklinio vamzdžio paviršius padengiamas liuminoforu, kurio dalelės, sužadintos ultravioletinės spinduliuotės, skleidžia mažesnės energijos ir didesnio bangos ilgio – regimąją spinduliuotę. Parenkant cheminę liuminoforo sudėtį, gaunama pageidaujama liuminescencinės lempos šviesos spalva: dieninė, balta, švelniai balta, apelsininė, žalsva.Išl ydžiui dujose būdinga tai, kad didėjant srovei, mažėja įtampa, reikalinga išlydžiui palaikyti,k itaip tariant, krinta įtampa lempoje. Jei dėl kurios nors priežasties tekanti srovė padidėtų, tai ji imtų didėti kaskart labiau, nes tolydžio vis didėtų maitinimo įtampos perteklius, palyginti su įtampos kritimu lempoje. Kyla grėsmė lempą visiškai sugadinti. Norint to išvengti, išlydžio lempa prijungiama prie elektros tinklo ne tiesiogiai, bet nuosekliai per elementą stabilizatorių arba sudėtingą sistemą, ribojančią srovės dydį. Palyginti su kitomis lempomis, išlydžio lanko temperatūra liuminescencinėje lempoje yra labai žema ir todėl paprastosios liuminescencinės lempos šviesos srautas labai priklauso nuo aplinkos temperatūros. Kiekviena išlydžio lempa, maitinama 50Hz dažnio srove, blyksteli ir prigęsta 100 kartų per sekundę. Toks šviesos pulsavimas plika akimi nepastebimas, bet regai turi įtakos, net gali būti nelaimingų atsitikimų priežastis.
Fluorescencinėse lempose šviesos sukūrimas pagrįstas fotoliuminescencijos reiškinys. Tokiose lempose generuojama UV spinduliuotė verčiama į regimąją spektro dalį, taigi tokiose lempose vyksta žemo slėgio (0,5–0,8 Pa) išlydis gyvsidabrio garuose, o tokia spinduliuotė sugeriama fluorescuojančia medžiaga padengtame balionėlyje. Energiją sugėrusi fluorescuojančioji medžiaga (fosforas) spinduliuoja regimojo spektro ruožuose, šiuo atveju fosforas vadinamas liuminoforu. Tokios lempos naudojamos dėl jų ekonomiškumo ir ilgaamžiškumo.
Gyvsidabrio lempos. Gyvsidabrio lempa aukšto slėgio. Joje elektros išlydis vyksta gyvsidabrio garuose, kurių slėgis apie 1 MPa, o temperatūra 600÷750°C. Elektronų susidūrimų su gyvsidabrio atomais energija čia mažesnė negu liuminescencinėje lempoje, o išlydis yra ne tik ultravioletinės, bet ir regimosios spinduliuotės šaltinis. Vis dėlto gyvsidabrio lempos kolba padengta liuminoforu, kad pataisytų šviesos spalvą, kuri be jo būtų melsva.
Liuminoforas pagerina gyvsidabrio lempos šviesos spalvą, bet negaunama balta spalva kaip
liuminescencinėje lempoje. Šviesos spektre trūksta spinduliavimo, kurio bangos ilgis atitiktų kai kurias spalvas, ypač raudoną. Ši trūkumą švelnina gyvsidabrio lempos su liuminoforu, kurio sudėtyje yra europio. Gyvsidabrio lempos atmaina yra kaitinamoji gyvsidabrio lempa, kurioje stabilizatorių atstoja kaitinamasis siūlas, sujungtas su degikliu. Jos šviesos spalva geresnė, nes kaitinamasis siūlas suteikia raudonumo, kurio trūksta spinduliuojant degikliui, o dėl degiklio šiluminio inertiškumo šviesa pulsuoja daug silpniau.
Metalų halogeninės lempos. Metalų halogeninė lempa – tai aukšto slėgio, plataus spinduliavimo spektro gyvsidabrio lempa, kurios degiklyje, be gyvsidabrio ir argono, esama dar daug kitų metalų. Jie įvedami halogenidų, apskritai jodidų, pavidalu. Aukštoje išlydžio lanko temperatūroje halogenidai disocijuoja (suskyla) ir sužadinti laisvieji metalų atomai papildo spektrą tiems metalams būdingomis linijomis ir ruoželiais. Halogenai yra elektriškai neigiami, t.y. lengvai sugeria laisvuosius elektronus ir tai trukdo lempai užsidegti.
Paplitusios ir metalų halogeninės lempos be liuminoforo su dienos šviesai artimu spektru, joms šviečiant galima tobulai skirti spalvas.
Metalų halogenidų lempos. Metalų halogenidų lempose spinduliuotė atsiranda dėl elektronų šuolių ne tik gyvsidabrio, bet ir kitų metalų atomuose bei jonuose. Šios lempos užpildomos metalų halogenidais siekiant padidinti metalų jonų koncentraciją išlydžio srityje bei sumažinti metalų jonų koncentraciją ant lempos balionėlio, tokiu būdu išvengiant lempos dalių korozijos.
Tokių lempų šviesinis našumas 70–110 lm/W, kai tuo tarpu liuminiscencinių lempų šviesinis našumas siekia apie 85 lm/W. Šios lempos naudojamos tik nuolatiniai šviesai gauti, nes lempą išjungus, dėl didelio lempoje esančio garų slėgio sunku ją pakartotinai įjungti, todėl
tenka laukti 5–10 min., kol ji atvės ir garų slėgis sumažės.
Žemo slėgio natrio lempos. Žemo slėgio natrio lempoje vyksta išlydis natrio garuose, kurių
slėgis apie 1Pa, o temperatūra apie 300°C. Lempa skleidžia gelsvą, apelsininę, dienos spalvos
šviesą, į kurią akis reaguoja labai jautriai, ir todėl pasižymi rekordiniu šviesos efektyvumu. Lempa turi ir rimtų trūkumų: šalta lempa pasiekia maksimalų šviesos srautą vidutiniškai praėjus 10 min. po įjungimo, o vienos spalvos šviesa netiksliai atkuria daiktų spalvas. Aukšto slėgio natrio lempos. Aukšto slėgio natrio lempoje vyksta išlydis natrio garuose, kurių slėgis 104÷105 Pa ir temperatūra apie 750°C. Natris įvedamas į degiklį amalgamato arba lydinio su
gyvsidabriu pavidalu.
Žemo slėgio
Aukšto slėgio
LED lempučių principas ir savybės – LED lemputė yra puslaidininkinis elementas, kuris maitinimo srovę paverčia šviesa. Tam, kad būtų užtikrinta reikiama diodų sklaida ir apsauga, pagaminta speciali lemputė (apsauginis išsklaidomasis stiklas). Gaminio išvaizda primena paprastą kaitinamąją lempą.
Vienas iš pagrindinių LED lempos elementų yra diodas. Tai puslaidininkinis kristalas, sudarytas iš kelių sluoksnių. Jis skirtas į lempą tiekiamai elektros energijai paversti šviesa. Gaminant diodą naudojama mikroschema – kristalas su padėklu, prie kurio prijungiami laidininkai.
Norint išgauti baltą švytėjimą, lustas turi būti padengtas geltonu fosforu. Sumaišius mėlyną ir geltoną spalvas, gaunama balta spalva. Yra 4 tipų šviesos diodai:
COB .. Šio gamybos proceso metu mikroschema montuojama į spausdintinę plokštę. Kontaktas patikimai apsaugotas nuo oksidacijos ir per didelio karščio. Be to, tai turi teigiamą poveikį švytėjimo efektyvumui. Sugedus tokiai mikroschemai, grandinės neįmanoma pataisyti. Tai vienintelis šios technologijos trūkumas;
DIP. Grandinę sudaro kristalas, du sujungti laidininkai ir ant viršaus uždėtas lęšis. Šie šviestuvai dažniausiai naudojami reklaminiams skydams ir šviesos dekoracijoms apšviesti;
Diodas SMD .. Montuojami ant plokščių paviršių, todėl galima gaminti įvairių formų prietaisus. Jis pasižymi geresnėmis šilumos išsklaidymo savybėmis. Jis tinka bet kokiam šviesos šaltiniui;
„Piranija. Konstrukcija panaši į DIP grandinės konstrukciją. Tačiau jis turi 4 kaiščius, kurie užtikrina geresnį šilumos išsklaidymą ir daro technologiją patikimesnę. „Piranha” plačiai naudojama automobilių pramonėje.
Saulės šviesos simuliatoriai – šviesos šaltiniai skleidžiantys šviesą artimą saulės šviesai, t.y. jų spinduliavimo spektras yra artimas saulės spektrui.
Naudojant saulės šviesos simuliatorių, laboratorinėmis sąlygomis galima tirti įvairias medžiagas pavyzdžiui plastikus. Dažniausiai tiriamos SE charakteristikos, kokybė ir veikimo
efektyvumas. Saulės šviesos simuliatoriuose naudojamos įvairių dujų išlydžio lempos, halogenų kaitrinės lempos.
Didžiausia saulės simuliatorių su tradicinėmis lempomis problema – šių lempų mažas
energinis efektyvumas, eksploatacinių savybių kitimas su laiku, kompleksiška kontrolė ir
tinkamos temperatūros palaikymas. Be to, tokios lempos turi pakankamai mažą ~1000 val.
tarnavimo laiką.
Lazeriai. Lazeris (angl. LASER – Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) –
koherentinių EM bangų generavimo įrenginys, pagrįstas priverstinio spinduliavimo principu.
Lazerių veikimo principas. Šio įrenginio veikimas dažniausiai pagrįstas EM spinduliuotės sąveika su medžiaga (aktyviąja terpe). Aktyviąja terpe gali būti visų agregatinių būsenų kūnai. Aktyviąją terpę paveikus išoriniu kaupimo šaltiniu, jos molekulių elektronai
perkeliami į aukštesnius energetinius lygmenis, todėl pradeda generuoti ir stiprinti šviesą.
Lazerio komponentės: kaupimo šaltinis, rezonatorius su veidrodžiais, aktyvioji terpė. Rezonatorių sudaro du veidrodžiai (pirmasis arba galinis veidrodis – visiškai atspindi
šviesą, antrasis – dalinai pralaidus šviesai. Aktyvioji terpė gali būti sudaryta iš: kristalo (YAG),
puslaidininkinės medžiagos (GaAs), dažiklio arba dujų (CO2, Ar, Kr).
Lyginant su natūraliąja šviesa, lazerio skleidžiama šviesa pasižymi ypatingomis savybėmis, tokia šviesa yra: monochromatinė, koherentiška, kolimuota, vienodai poliarizuota.
Plačiau apie apšvietimo įtaką žmogui, dizaino patarimai…