Světlo (z latinského lucis) neboli viditelné světlo je část spektra elektromagnetického záření, kterou vnímá lidské oko. Základní jednotkou světla je foton. Elementární částice mají specifickou vlnovou délku v závislosti na světelném zdroji, který je vytvořil. Foton se řídí zákony kvantové mechaniky a za různých fyzikálních podmínek se může projevit buď jako částice, nebo jako vlna.

Historický vývoj osvětlovacích zařízení

První zdroje viditelného elektromagnetického záření, které lidstvo využívalo pro své potřeby, byly založeny na spalování hořlavých paliv rostlinného (dřevo) nebo živočišného původu (dehtu a tuku).

Staří Řekové a Římané začali nejprve používat hliněné a bronzové nádoby, do kterých byly umístěny hořlavé látky. Tyto nádoby se staly předky moderních lamp.

Na konci 18. století švýcarský chemik Argant vynalezl lampu s knotem, která používala jako palivo petrolej. Na konci 19. století si Edison nechal patentovat žárovku. Po tomto vynálezu a díky rychlé dynamice průmyslového rozvoje se začalo objevovat mnoho dalších elektrických zdrojů záření.

Fyzika světelných zdrojů

Spektrum záření, které lidské oko vidí, leží v rozsahu vlnových délek fotonů od 400 nm do 700 nm. Zdroj světla je fyzikální proces, který probíhá v atomu látky. V důsledku nějakého působení může atom přijímat energii zvenčí a část této energie předává svému elektronickému subsystému.

Energetické hladiny elektronu v atomu jsou diskrétní, to znamená, že každá z těchto hladin odpovídá určité hodnotě. Díky energii přijímané zvenčí se mohou některé elektrony atomu přesunout do energetických hladin vyššího řádu, v tomto případě lze hovořit o excitovaném elektronickém stavu. V tomto stavu se elektrony stávají nestabilními a opět se pohybují na úrovně s nižší energií. Tento proces je doprovázen emisí fotonů, což je světlo, které vnímáme.

Tepelné záření

Proces tepelného záření je fyzikální proces, při kterém je elektronický subsystém buzen přenosem kinetické energie z jader atomů na něj. Pokud se předmět, například kovová deska, zahřeje na vysoké teploty, začne svítit. Viditelné světlo se zpočátku bude jevit jako červené, protože tato část viditelného spektra je nejméně energetická. Když se teplota kovu zvýší, začne vyzařovat bílo-žluté světlo.

Všimněte si, že když se kov zahřeje, začne nejprve vyzařovat infračervené paprsky, které člověk nevidí, ale cítí je ve formě tepla.

Luminiscenční záření

Tento typ záření nastává bez předběžného zahřátí těla a skládá se ze dvou po sobě jdoucích fyzikálních procesů:

1. Absorpce energie elektronickým subsystémem a přechod tohoto subsystému do excitovaného energetického stavu.
2. Záření ve světelném dosahu spojené s návratem elektronického subsystému do stavu pozemní energie.

Pokud obě fáze nastanou v časovém intervalu několika sekund, pak se tento proces nazývá fluorescence, například emise z televizní obrazovky po jejím vypnutí je fluorescenční. Pokud obě fáze procesu záření probíhají během několika hodin nebo déle, pak se takové záření nazývá fosforescence, například svítící hodiny v temné místnosti.

Klasifikace světelných zdrojů

Všechny zdroje elektromagnetického záření viditelné lidským okem, v závislosti na jeho původu, lze rozdělit do dvou velkých skupin:

1. Přírodní zdroje. Vyzařují elektromagnetické vlny v důsledku přirozených fyzikálních a chemických procesů, například přirozenými zdroji světla jsou hvězdy, světlušky a další. Mohou to být předměty živé i neživé přírody.
2. Umělé světelné zdroje. Za svůj původ vděčí člověku, protože jsou jeho vynálezem.

Zařízení pro umělé viditelné elektromagnetické záření

Umělé zdroje jsou zase následujících typů:

• Žárovky. Vyzařují světlo zahříváním kovového vlákna na teplotu několika tisíc stupňů. Samotné vlákno je umístěno v uzavřené skleněné nádobě, která je naplněna inertním plynem, který zabraňuje procesu oxidace vlákna.
• Halogenové žárovky. Představují nový evoluční stupeň žárovek, ve kterých se k inertnímu plynu, ve kterém se nachází kovové vlákno, přidává halogenový plyn, například jód nebo brom. Tento plyn se dostává do chemické rovnováhy s kovem vlákna, kterým je wolfram, a umožňuje prodloužit životnost lampy. Halogenové žárovky místo skleněného těla používají křemen, který snese vyšší teploty než sklo.
• Plynové výbojky. Tento typ světelného zdroje vytváří viditelné elektromagnetické záření v důsledku elektrických výbojů, které se vyskytují ve směsi plynů a kovových par.
• Zářivky. Tyto elektrické světelné zdroje produkují záření z fluorescenčního povlaku na vnitřní straně pouzdra lampy, který je vybuzen ultrafialovým zářením z elektrického výboje.
• LED zdroje (z anglického Light Emitting Diode). Tento typ světelného zdroje je diodový zdroj elektromagnetického záření. Vyznačují se jednoduchostí designu a dlouhou životností. Jejich výhodou oproti jiným elektrickým světelným zdrojům je také nízká spotřeba energie a téměř úplná absence tepelného záření.

Přímé a nepřímé záření

Přímé světelné zdroje jsou zařízení, přírodní tělesa a organismy, které mohou nezávisle emitovat elektromagnetické vlny ve viditelném spektru. Mezi přímé zdroje patří hvězdy, jejichž teplota dosahuje desítek a stovek tisíc stupňů, oheň, žárovky, ale i moderní zařízení, například plazmová televize nebo LCD monitor počítače, který produkuje záření vyvolané mikroelektrickým výbojem.

Dalším příkladem přímých přírodních zdrojů světla jsou zvířata, která vykazují bioluminiscenci. Záření v tomto případě vzniká v důsledku chemických procesů probíhajících v těle tvorů. Patří mezi ně světlušky a někteří obyvatelé hlubokého moře.

Nepřímé zdroje světla jsou tělesa, která sama světlo nevyzařují, ale jsou schopna jej odrážet. Navíc reflexní schopnost každého tělesa závisí na jeho chemickém složení a fyzikálním stavu. Nepřímé zdroje jsou posvěceny pouze díky tomu, že jsou pod vlivem elektromagnetického záření z přímých zdrojů. Pokud nepřímý zdroj neakumuluje světelnou energii, pak když na něj přestane působit světlo, přestane být viditelný.

Příklady nepřímého záření

Tradičním příkladem světelných zdrojů tohoto typu je družice Země, Měsíc. Toto nebeské těleso odráží sluneční paprsky, které na něj dopadají. Díky procesu odrazu můžeme v noci v měsíčním světle vidět jak samotný Měsíc, tak předměty kolem nás. Ze stejného důvodu jsou dalekohledem viditelné planety sluneční soustavy, stejně jako naše planeta Země (při pohledu z vesmíru).

Dalším příkladem objektu nepřímého záření, který odráží paprsky ze zdroje světla, je sám člověk. Obecně je zdrojem nepřímého záření jakýkoli objekt s výjimkou černé díry. Gravitační pole černých děr je tak silné, že z něj nemůže uniknout ani světlo.

Hlavní charakteristiky zařízení

Hlavní vlastnosti světelných zdrojů jsou následující:

• Světelný tok. Fyzikální veličina, která charakterizuje množství světla emitovaného zdrojem za jednu sekundu ve všech směrech. Jednotkou měření světelného toku je lumen.
• Intenzita záření. V některých případech je potřeba znát rozložení světelného toku kolem jeho zdroje. Právě toto rozdělení je popsáno touto charakteristikou, která se měří v kandelách.
• Osvětlení. Měří se v luxech a představuje poměr světelného toku k jím osvětlené ploše. Tato vlastnost je důležitá pro pohodlné provádění určitých typů práce. Například podle mezinárodních norem by osvětlení v kuchyni mělo být asi 200 luxů, ale pro studium je již potřeba 500 luxů.
• Radiační účinnost. Je to důležitá vlastnost každé elektrické lampy, protože popisuje poměr světelného toku vytvořeného daným zařízením k energii, kterou spotřebuje. Čím vyšší je tento poměr, tím je lampa považována za ekonomičtější.
• Index vykreslení barev. Udává, jak přesně lampa reprodukuje barvy. U kvalitních lamp je tento index kolem 100.
• Barevná teplota. Je to míra „bělosti“ světla. Světlo s převládajícími červenožlutými barvami je tedy považováno za teplé a má barevnou teplotu nižší než 3000 K, studené světlo má modré barvy a vyznačuje se teplotou barvy nad 6000 K.

Aplikace umělých zdrojů viditelného záření

Každý umělý zdroj elektromagnetického záření určitého typu je využíván lidmi v té či oné oblasti činnosti. Oblasti použití světelných zdrojů jsou následující:

• Žárovky jsou i nadále hlavními zdroji vnitřního osvětlení díky své nízké ceně a dobrému indexu podání barev. Tyto žárovky jsou však postupně nahrazovány žárovkami halogenovými.
• Halogenové žárovky byly koncipovány jako elektrické spotřebiče, které by jejich výměnou zlepšily účinnost žárovek. V současnosti našly své uplatnění v automobilech.
• Zářivkové světelné zdroje se používají především k osvětlení kanceláří a jiných servisních prostor díky své rozmanitosti tvarů a vyzařování rozptýleného a rovnoměrného světla. Vyzařovací účinnost tohoto typu lampy se zvyšuje s rostoucí délkou a průměrem.

Význam přirozeného světla pro lidské zdraví

Pro všechny organismy, které žijí na planetě Zemi, jsou rotace naší planety a periodicita dne a noci důležité procesy pro normální život a průběh biologického cyklu. Navíc většina živých tvorů potřebuje přímé sluneční světlo, aby byla zdravá.

Pokud mluvíme o osobě, nedostatek slunečního světla vede k rozvoji deprese, stejně jako nedostatek vitamínu D, protože opálení člověka umožňuje tělu snadněji absorbovat tento vitamín.

Výsledky jedné studie ukázaly, že dostatečné vystavování se přímému slunečnímu záření může snížit a zmírnit některé příznaky některých onemocnění. Zejména problémy spojené s depresí zcela nebo částečně vymizely u 20 % pacientů. Sluneční záření samo o sobě samozřejmě není lékem na depresi, ale je nedílnou součástí komplexní léčby.

Moderní svět září jasnými barvami i z vesmíru: vesmírné stanice a posádka na palubě mohou v noci vidět úžasný obraz: zářící síť jasných městských světel. To je produkt lidského života, jeho těžké duševní vynalézavosti. Je pro nás těžké si to představit, ale právě před 300 lety lidé používali k osvětlení ulic a domů zcela nepředstavitelné věci. To je to, o čem vám chci vyprávět, o úžasné a zajímavé historii osvětlení, počínaje nejprimitivnějšími metodami a konče moderními lustry, svítidly, závěsnými lampami a dalšími zařízeními, díky nimž jsou naše domy a byty tak útulné.

Starověký svět je plný záhad a fascinujících lekcí, přestože o něj většina moderních lidí postupně ztrácí zájem. Co se týče osvětlení, i zde je něco zajímavého, protože primitivní lidé nepoužívali ani obyčejný oheň. Zpočátku lidé věděli, jak ji udržovat: někde udeří blesk, vzplane strom a několik lidí se tam může usadit a snažit se, aby plamen nezhasl. Oheň je v přírodě poměrně vzácný, takže kmeny, kterým se podařilo narazit na oheň v pralese, mají prakticky štěstí. Bohužel přesné období, kdy se lidé naučili rozdělávat oheň ručně, nebylo stanoveno, ale většina vědců se shoduje, že se tak stalo asi před 10 miliony let.

Od té chvíle ve skutečnosti začal vývoj myšlení, protože díky ohni měl člověk mnohem více volného času a život se stal pohodlnějším, protože plamen ohně dával teplo nočnímu ohni pod baldachýnem hvězd. . Tak se možná zrodila samotná filozofie! Ale neodbíhejme od tématu, vraťme se k umělému osvětlení.

Energie zrozená z nápadu

Jak víte, při spalovací reakci se uvolňuje tepelná energie a při této reakci se uvolňují i ​​fotony – částice světla. Experimentováním (protože ještě neexistoval odpovídající teoretický základ) lidé postupně nacházeli materiály, které by mohly hořet po dlouhou dobu a uvolňovat světlo a teplo. Jsou to různé oleje, pryskyřičné dřevo, přírodní pryskyřice, vosk, lubber (velrybí olej) a dokonce i olej! Mimochodem, řecký oheň, známý ve své době jako extrémně impozantní zbraň, byl podle některých verzí právě olej.

Všechny tyto hořlavé materiály lidé používali k osvětlení svých domovů a ulic - vznikaly speciální lustry (několik nádob upevněných do jednoho systému), na zeď byly připevněny svícny nebo louče, které osvětlovaly místnost. Bohužel tento způsob svícení není bezpečný a historie zná mnoho případů požárů, kdy někdo omylem převrátí lampu nebo upustí pochodeň na kupku sena. Lidé navíc káceli spoustu stromů a lovili velryby a vynález elektřiny v 19. století vše změnil – život se pro velryby o něco zklidnil (ale odlesňování se ještě zrychlilo, ale z jiných důvodů).

"Buď světlo," řekl Petrov a spojil uhelné tyče

V roce 1802 ruský vědec Petrov, který byl také profesorem fyziky, prováděl ve své laboratoři experimenty s použitím jím sestrojené baterie galvanických článků. Podařilo se mu spojit dvě uhlíkové tyče pomocí různých výbojů (kladného a záporného). Když se přiblížili, uhlíky se začaly zahřívat na teplotu, kdy začaly žhnout. Poté je od sebe oddálil a uviděl jedinečný úkaz – jasný zakřivený plamen. Toto byl první elektrický oblouk na světě. Pak nastal boom a obrovské množství vědců se začalo zabývat výzkumem v této oblasti. Tak se zrodila lampa ruského vědce Jabločkova, Lodygina a nakonec Thomase Edisona, který je mylně považován za prvního člověka na světě, který vynalezl elektrickou žárovku. Elektrické světlo je produktem pečlivé práce mnoha vědců, mezi nimiž zaujímá přední místo i sám Edison, který výrazně zlepšil operační mechanismus žárovky a podařilo se mu výrazně prodloužit její životnost.

Moderní svět: Velké pokroky v osvětlení

Nabídka svítidel je dnes prostě úžasná. Patří mezi ně zářivky, různé energeticky úsporné žárovky, ale také LED, halogenové, halogenidové, sodíkové a další typy svítidel. O vynálezu každé žárovky můžeme mluvit velmi dlouho, ale to je k ničemu. Moderní uživatel si může snadno pořídit lampu s typem světla, které mu bude příjemné na pozorování. K tomu nepotřebujete znát technické detaily, stačí se dozvědět o výhodách určitých osvětlovacích zařízení. Široká škála svítidel a žárovek otevírá obrovské možnosti při zdobení a osvětlení místností. Musíte jen vědět, kam jít. můžete zakoupit vysoce kvalitní svítidla a další specializované vybavení a za nejvýhodnějších podmínek. Obchod Homelight je oficiálním zástupcem společnosti Philips na Ukrajině, takže si můžete zakoupit vysoce kvalitní evropské produkty za nejpohodlnějších a nejvýhodnějších podmínek.

Často si tak zvykneme na vymoženosti našeho věku, že ani nepřemýšlíme o tom, odkud pocházejí věci, které jsou nám nejznámější. Vezměte si například elektrické „světlo“ - hlavní zdroj účinnosti celého světového průmyslu. Každý den mačkáme vypínač, abychom rozjasnili domov, zapínáme počítače, televize, rychlovarné konvice a mnoho dalších elektrospotřebičů, nemluvě o aktivitách světových elektrických sítí jako celku. Jak se to všechno vyvíjelo? Autorka webu Anna Baklaga navrhuje pamatovat si tuto cestu – od ohně k elektřině.

První svíčky se objevily ve třetím tisíciletí před naším letopočtem

Umělé světlo používá lidstvo po mnoho staletí. Nejprve - pochodně, pochodně a olejové lampy, pak - voskové a lojové svíčky a poté - petrolejové lampy a elektrické lampy. Jako stacionární zdroj světla se používal oheň, jako přenosné svítilny, jejichž design se postupem času měnil: od jednoduchého ohniště vytaženého z ohně až po rukojeť omotanou koudelí a napuštěnou olejem, tukem nebo olejem.

Později lidstvo vynalezlo lampu – džbán naplněný olejem, do kterého byl ponořen knot (provaz nebo látka). Ve třetím tisíciletí před naším letopočtem se objevily první svíčky - tyčinky vyrobené z roztaveného pevného živočišného tuku, s knotem uvnitř. Dali vzniknout zásadnímu průlomu na poli lamp. Svíčka, která se vyznačuje velkým pohodlím a jednoduchou a ekonomickou výrobou, přispěla k vytvoření celé rodiny velmi odlišných lamp. Ve středověku se včelí vosk používal jako materiál na svíčky. V současné době se pro tyto účely používá parafín.

V druhé polovině 19. století se začaly používat petrolejové lampy

Na konci 17. století vznikl lustr ze svíček. Jednalo se o masivní kovový rám, na kterém bylo připevněno mnoho přívěsků ze skla nebo přírodního kamene. Hmotnost takového lustru mohla dosáhnout asi tuny. Pro zapálení svíček v tomto provedení bylo nutné lustr nejprve sklopit a poté s již zapálenými svíčkami zvednout. Svíčky byly zhášeny speciálními kovovými uzávěry, které byly připevněny k dlouhé rukojeti.

Již v druhé polovině 19. století se začaly používat petrolejky a o něco později je rychle nahradily plynové, které se staly skutečně revolučním řešením problematiky pouličního osvětlení. Mezitím, přestože plynové lampy pravidelně plnily svou službu osvětlování ulic, nekontrolovatelně kouřily. Řešením problému bylo použití topné mřížky, což je látkový sáček napuštěný roztokem různých solí. Při zahřátí látka shořela a zanechala po sobě tenkou stopu, která při zahřátí plamenem jasně zářila.

V roce 1800 vynalezl Alessandro Volta první baterii

Mezitím lidstvo začalo pociťovat nedostatky v předchozích typech osvětlení. A v roce 1800 vynalezl Alessandro Volta baterii, která se stala prvním elektrickým světelným zdrojem. Tento vynález dal lidem první stálý a spolehlivý zdroj energie a vedl ke všem důležitým objevům v této oblasti. V návaznosti na to byla v roce 1809 Angličanem Delaruem vynalezena první elektrická žárovka nebo žárovka. Objevila se baterka na baterie. Pravda, světlo nevyzařovala žárovka, ale elektrický oblouk mezi uhlíkovými elektrodami a baterie zabíraly celý stůl. V roce 1809 Humphry Davy demonstroval obloukové světlo na Královské akademii věd v Londýně. V té době nebyly žádné generátory a jediným zdrojem energie byly baterie.

V roce 1854 vytvořil Heinrich Goebel lampu na bázi zuhelnatělého bambusového vlákna umístěného ve vakuu. V roce 1872 požádal ruský inženýr Alexander Lodygin o vynález žárovky a v roce 1874 obdržel ruský patent. Následně si svůj vynález patentoval v mnoha zemích.

V roce 1878 Pavel Yablochkov vylepšil konstrukci umístěním elektrod svisle a jejich oddělením vrstvou izolantu. Tento design se nazýval „Jablochkovova svíčka“ a byl používán po celém světě. Například pařížská opera byla osvětlena pomocí takových „svíčk“. Elektrický oblouk produkoval jasné a poměrně vyvážené spektrum světla, což umožnilo jeho velmi široké použití.

Moderní žárovky se začaly vyrábět v roce 1909

V roce 1879 dokončil Thomas Edison práci na žárovce s uhlíkovým vláknem, která se stala jedním z největších vynálezů 19. století. Jeho zásluha nespočívala v rozvinutí myšlenky žárovky, ale ve vytvoření praktického, rozšířeného systému elektrického osvětlení se silným vláknem, vysokým a stabilním vakuem a schopností používat mnoho žárovek současně. Do roku 1884 byla velká americká města osvětlena více než 90 tisíci obloukovými lampami.

Moderní žárovky s wolframovou spirálou a plněné inertním plynem se začaly vyrábět o sto let později, v roce 1909. Byly vyvinuty Irvingem Langmuirem. V SSSR existoval koncept „Ilyichovy žárovky“, který byl spojen s počátkem rozsáhlé elektrifikace země, počínaje rokem 1920.

Státní vzdělávací instituce "Talovskaya internátní škola pro sirotky a

děti ponechané bez rodičovské péče"

KREATIVNÍ PROJEKT

"EVOLUCE OHNĚ JAKO ZDROJ SVĚTLA"

Česnokov Nikolaj.

Dozorce:

učitel techniky

2. Starověk. Od pochodně po svíčku

3. Vznik elektrických světelných zdrojů

4. Typy světelných zdrojů

5. Odůvodnění výběru tématu projektu

6. Technologie výroby

7. Aplikace přípravku

8. Ekonomická kalkulace

9. Technologická mapa

10. Aplikace

1. Historie vývoje světelného zdroje. 1. září" href="/text/category/1_sentyabrya/" rel="bookmark">1. září 5509 př. n. l., když Bůh řekl: „Buď světlo!...“ Je to pravda? Umělý zdroj světla je kontroverzní téma.

Datum objevení se prvních světelných zdrojů je ztraceno v temnotě staletí, ale zjevně se objevily ne dříve, než starověcí lidé začali používat oheň, to znamená asi 500 000 př.nl (viz tabulka 1). Není pochyb o tom, že oheň se původně používal k vaření, dokud se nějaký starověký vynálezce nepotřeboval podívat do temné jeskyně.

Tabulka 1. Historie vývoje světelných zdrojů.

První svíčky v historii byly misky plněné tukem, s knotem nebo střípkem. První voskové svíčky se objevily ve středověku. Svíčky byly dlouhou dobu velmi drahé. K osvětlení velké místnosti byly zapotřebí stovky svíček, které kouřily a zčernaly stropy a stěny.

Olejová lampa- lampa poháněná spalováním oleje. Princip činnosti je podobný principu činnosti petrolejové lampy: do určité nádoby se nalije olej, spustí se tam knot - lano sestávající z rostlinných nebo umělých vláken, podél kterého podle vlastnosti kapilárního efektu, olej stoupá nahoru. Druhý konec knotu, upevněný nad olejem, se zapálí a olej stoupající podél knotu hoří. Olejová lampa se používala od starověku. V dávných dobách byly olejové lampy vyráběny z hlíny nebo z mědi. V arabské pohádce „Aladdin“ ze sbírky „Tisíc a jedna noc“ žije džin v měděné lampě.

Petrolejová lampa- lampa založená na spalování petroleje - produkt destilace ropy. Princip činnosti lampy je přibližně stejný jako u olejové lampy: do nádoby se nalije petrolej a knot se spustí. Druhý konec knotu je sevřen zvedacím mechanismem v hořáku, navrženým tak, aby vzduch proudil zespodu. Na rozdíl od olejové lampy má petrolejka pletený knot. Na horní straně hořáku je instalováno sklo lampy, které zajišťuje průvan a také chrání plamen před větrem. První petrolejovou lampu popsal Al-Razi v Bagdádu v 9. století. Moderní petrolejovou lampu vynalezli lékárníci Ignatius Lukasiewicz a Jan Zech v roce 1853 ve Lvově.

Univerzální žárovka (230 V, 60 W, 720 lm, patice E27, celková výška cca 110 mm Žárovka(LN) je elektrický světelný zdroj, jehož svítícím tělesem je tzv. žárovkové těleso (TN, vodič zahřátý průtokem elektrického proudu na vysokou teplotu). V současnosti se jako materiál pro výrobu HP používá téměř výhradně wolfram a slitiny na jeho bázi. Koncem 19. - 1. pol. 20. stol. TN byl vyroben z dostupnějšího a snadněji zpracovatelného materiálu – uhlíkových vláken.

Soustruhy" href="/text/category/tokarnie_stanki/" rel="bookmark">soustruh. Kromě soustružení výrobků jsem se rozhodl duplikovat každý světelný zdroj s každodenními scénami vyrobenými technikou vypalování dřeva. Všechny výrobky byly spojeny na jednom stojan, který umožňuje prohlédnout si každý exponát samostatně.

Použití produktu.

Můj výrobek lze použít jako názornou pomůcku v hodinách dějepisu, fyziky, přírodopisu, ale i na mimoškolních akcích a různých výstavách.

VÝROBNÍ TECHNOLOGIE A POUŽITÉ MATERIÁLY.

Stojan na model je vyroben z laminované dřevotřísky, používané při výrobě nábytku, s následným olepením konců laminovanou hranou.

Soustružení modelů světelných zdrojů bylo prováděno na soustruhu na dřevo STD-120 z březových přířezů pomocí standardní sady fréz.

Každodenní scény jsem vypálil na 3 mm silnou překližku pomocí elektrického hořáku.

Pro elektrickou lampu se používají hotové elektrické díly: zásuvka, stínidlo, kabel, zástrčka, elektrický kabel.

Všechny části modelu jsou sestaveny pomocí lepidla, hřebíků a samořezných šroubů.

Díly byly povrchově upraveny nábytkovým lakem ve dvou vrstvách s mezibroušením.

Před prací jsem vypracoval kartičku s pokyny, která určovala postup práce na výrobku.

INSTRUKČNÍ KARTA

EKONOMICKÝ VÝPOČET

Na vytvoření makety světelných zdrojů byly vynaloženy následující materiály:

Materiály:

Březové dřevo - 0,019 m3 za cenu 4270 rublů za m3;

Laminovaná dřevotříska-1 m2 za cenu 270 rublů m2:

Překližka - 0,86 m2 za cenu 248 rublů m2 za celkovou částku 565 rublů.

Dekorační materiály:

Lak 120 gramů za částku 96 rublů;

Laminovaný okraj za 65 rublů / metr;

Brusný papír v hodnotě 113 rublů Celkem: 274 rublů.

Do výpočtu nezahrnujeme elektrické části, protože byly odebrány ze staré lampy.

Celkové množství elektřiny, vynaložené na výrobu modelu bylo 47,6 kW/hod za částku 176 rublů. Z toho 3,9 kW/h pro soustružení, 0,5 kW/h pro hoření, 43,2 kW/h pro svícení.

Celková cena produktučinil 1015 rublů.

Literatura

1. INTERNETOVÁ SÍŤ

2. „Jak slunce vstoupilo do domu“

3. Časopisy „Škola a výroba“

4. „Soustružení dřeva“

Aplikace

Zveřejněno na webu 11.08.2007.

PŘEDMLUVA ODBORU PROGNÓZ

Dobré odpoledne, milí čtenáři!

Program „patent paintball“, se kterým jste se seznámili v předchozích třech číslech, bude samozřejmě pokračovat. Několik dalších lidí vyjádřilo přání zapojit se do „války“ a připravují své materiály. Tohoto „ověřovacího“ experimentu se může zúčastnit každý tvůrce nové teorie v TRIZ.

KP však není „časopis o vysavačích“, a tak jsme se rozhodli dnes představit dílo „o žárovkách“. Téma vysavačů, ale i jakýchkoliv jiných strojů, které jsou zodpovědné za lidské ZDRAVÍ, je nevyčerpatelné, už jen proto, že se ve světě Vědy neustále objevují nové výsledky.

S jistotou lze říci, že každých šest měsíců je docela možné formulovat nové řešení prognózy založené na materiálu vědeckých inovací, zvažovat je z hlediska možnosti konkrétního použití.

Informační prostředí je neustále „vlečeno“ jak „specialisty na vysavače“, tak profesionálními „vyhledávači“, mezi kterými je i dnes prezentovaný autor. “ bude neustále „vyskakovat“, ale samozřejmě nebude dominantní.

S potěšením vám mohu představit práci mého kolegy a přítele, doktora technických věd, profesora, mistra TRIZ Alexandra Kynina, který nyní působí jako expert TRIZ v jihokorejské společnosti Samsung Electromekenix. Pět let izolace od rodné země neunavilo tohoto člověka „unaveným“ nebo pasivním ve zlepšování jeho badatelských dovedností, což nemůže než vyvolat obdiv.

Tento článek můžeme s klidem nazvat „stručnou encyklopedií historie lamp“. Kromě toho se jedná o „školení v rozpoznávání vzorů“, bez kterého je profesní růst prognostika nemožný. Školení je navíc na velmi vysoké úrovni.

Objem informací v práci je velký, proto bude materiál uveden ve dvou číslech.

Při projednávání rukopisu a jeho přípravě k vydání vyvstala řada polemických otázek a upřesnění, které jsme se rozhodli zařadit do

PO SLOVO ODBORU PROGNÓZ.

Tyto otázky vyžadují určité zamyšlení. Navíc na ně může odpovědět nejen autor, ale i každý čtenář, pro kterého je téma prognózování vývoje technologií důležité. Tyto otázky jsou „základem“ pro budoucí výzkum na téma prognostického vývoje technologií.

Užijte si čtení,

S pozdravem vedoucí sekce KP,

VÝVOJ SVĚTELNÝCH ZDROJŮ

A. Kynin

1. HISTORIE

Vždy zářit, zářit všude...
V. Majakovskij

Člověk se vždy snažil předpovídat budoucnost. Jedním z cílů takových pokusů je predikce procesu vývoje technických systémů (TS). Až dosud v Teorii invenčního řešení problémů (TRIZ) při popisu procesů vývoje systému převládají spíše kvalitativní než kvantitativní hodnocení, což ztěžuje pozici TRIZ jako vědeckého směru. Účelem předkládané práce je ukázat příklad implementace zákonů rozvoje technických systémů (ZRTS), formulovaných v rámci TRIZ k popisu vývoje technických systémů na příkladu reálných systémů - umělých světelných zdrojů ( JE). Navíc je ukázána možnost jejich popisu vývojovými křivkami a predikce změn parametrů na základě matematických modelů.

Klasifikace světelných zdrojů

Bohužel tyto technické systémy, které sehrály tak důležitou roli ve vývoji civilizace, zatím prakticky nespadají do sféry zájmů specialistů TRIZ. Jako příklad lze uvést pouze část v knize Yu.P. Salomatov a kniha E.A. Borovice, ve které jsou uvažovány pouze excilampy.

V této práci budou podrobně probrány pouze zdroje používané pro vnitřní osvětlení, tedy zdroje produkující bílé světlo, nebo světlo, které je mu spektrem co nejblíže.

Kupodivu je datum výskytu prvního světelného zdroje zaznamenáno poměrně přesně. To je podle byzantské verze 1. září 5509 před naším letopočtem. e. když Bůh řekl: „Budiž světlo!...“. Je pravda, že zda je tento zdroj světla umělý, je kontroverzní otázka.

Datum vzniku prvních IS je ztraceno v temnotě staletí, ale zjevně se objevily nejdříve v době, kdy starověcí lidé začali používat oheň, tedy asi 500 000 let před naším letopočtem. (Viz tabulka 1). Není pochyb o tom, že oheň se původně používal k vaření, dokud se nějaký starověký vynálezce nepotřeboval podívat do temné jeskyně.

Tabulka 1. Historie vývoje světelných zdrojů.

IS jako technický systém má řadu odlišností od konvenčních vozidel, která jsou obvykle vnímána jako obdoba strojů. Abychom správně našli všechny části systému, nejprve určíme jeho účel. Jeho účelem je nepochybně „vytvořit viditelné záření k osvětlení objektu“. V tomto případě bude produkt takového systému lehký - tzn. elektromagnetická radiace. Pracovní těleso (RO) vyzařuje světlo. RO je napájeno z externího zdroje energie (IE) prostřednictvím převodovky (Tr). Pokud za funkci motoru považujeme přeměnu energie z jednoho typu na druhý, tak v případě žárovky lze považovat za spirálu (elektrická - tepelná energie), a v případě zářivky - fosfor, který přeměňuje UV záření na viditelné světlo. Lidská kontrola je obvykle omezena na zapínání a vypínání vozidla.

Nejprve si rozeberme všechny možné možnosti přímého příjmu světla. K tomu nám slouží tabulka Impact - Response pro případ elektromagnetické odezvy ve formě elektromagnetického záření (viz tabulka 2).

Jak je vidět z výše uvedené tabulky, pouze magnetický vliv nevede přímo ke vzniku světla. Přirozeně nemá smysl uvažovat v této práci o použití triboluminiscence, která je intenzitou velmi slabá, stejně jako hniloby a světlušky (bioluminiscence) pro osvětlení.

Tabulka 2. Generování světla pod vnějšími vlivy.

Nyní na základě získaných dat sestavíme tabulku (viz tabulka 3), do které budeme reflektovat povahu a stav prvků systému.

Tabulka 3. Struktura světelných zdrojů.

Podle IE lze tedy lampy rozdělit na: Chemické, elektrické a elektromagnetické.

Chemické světelné zdroje

Prvním zdrojem tepla a zároveň světla je oheň, kde se jako palivo používá dřevo nebo uhlí. V tomto případě máme IE chemické povahy. Pracovním tělesem je horký plyn, který vzniká ve spalovací zóně při tepelném rozkladu paliva za přítomnosti vzdušného kyslíku. Samotný materiál funguje jako převodovka. Poté se oheň zdynamizoval a proměnil ve svou mobilní verzi – pochodeň a byl také minimalizován na pochodeň. Účelem ohně i pochodně bylo nejen svícení, ale také vytváření tepla. Proto lze první „lampu“ nazvat tříska.

Po mnoho staletí takový zdroj světla lidem docela vyhovoval. Nebyl ale jen příliš objemný, ale také extrémně neefektivní zdroj světla. Je to dáno tím, že značnou část své energie musí vynaložit na tepelný rozklad materiálu – paliva. Navíc to bylo extrémně nepohodlné používat.

Proto vznikly olejové lampy. Jako zdroj energie v nich sloužil tekutý olej. Pro dopravu oleje ze zásobníku do spalovací zóny bylo nutné zavést převod – knot. Tato změna designu však vedla ke komplikaci vztahů mezi lidmi, protože bylo nutné někde těžit ropu a vyrábět lampy. V následujícím textu budeme pro integrované obvody používat termín „lampa“.

Dalším krokem byl vynález voskové svíčky. Kupodivu lze toto zařízení umístit mezi oheň a olejovou lampu na obecné vývojové lince. Faktem je, že svíčkové palivo je v pevném stavu, ale při zahřátí se roztaví a pak je transportováno knotem do spalovací zóny.

Poté se vývoj lamp po dlouhou dobu omezoval na variace v designu olejových lamp a svíček. Samotný proces vývoje struktur je také velmi zajímavý, protože během změny se zvýšil především počet svíček. Pokud konvenčně považujeme oheň svíčky za bodový zdroj, pak se nejprve proměnil v pseudolineární (kandelábr), kruhový (tradiční kolo se svíčkami jako lustr) a volumetrický (vícepatrové lustry paláců).

Příklad objemového geometrického vývoje: bod - přímka - plocha - objem.

Na počátku 19. století se objevily parafínové svíčky a petrolejové lampy. Ve skutečnosti petrolejové lampy pocházejí ze středověku. Nový život jim ale vdechl polský vynálezce I. Lukaševič.

Zajímavostí je, že podobným vývojem jako svíčky prošly i tekuté lampy. Obyčejný provázek knotu (konvenčně bodový IC) se tedy proměnil nejprve v lineární a poté v prstencový (v nejnovějších petrolejkách).

Příklad lineárního geometrického vývoje: bod - přímka - povrchová křivka - objemová křivka.

Dalším krokem byla změna zdroje energie na plyn. Na konci 18. století se objevily první vodíkové lampy s elektrickým zapalováním. Pro svou složitost a výbušnost však nebyly příliš využívány.

První skutečnou plynovou lampu vytvořil William Murdoch ("Murdock"). V roce 1798 začal používat uhelné plynové lampy k osvětlení průmyslových prostor a v roce 1802 bývalý zaměstnanec této firmy S. Clegg založil společnost a začal masově zavádět plynové osvětlení. Je třeba poznamenat, že plynové lampy jsou v podstatě vylepšením ohniště. Pouze v tomto případě se někde v koksovně (v supersystému) pevné palivo přemění na plyn a teprve poté se dopraví ke spotřebiteli.

Příklad přechodu na supersystém: uhlí v ohni - uhelný plyn v továrně.

Plynové hořáky prošly zvláště intenzivním vývojem po vynálezu žhavících mřížek, které prudce zvýšily světelný tok. V roce 1885 navrhl Auer von Welsbach použít topnou mřížku, což byl látkový pytel napuštěný roztokem anorganických látek (různých solí). Při zahřátí látka shořela a zanechala tenkou „kostru“, která při zahřátí plamenem jasně zářila. Tato zařízení se nazývají Auerovy čepice.

V zásadě zde prakticky skončila historie vývoje svítidel využívajících jako zdroj energie chemickou energii, ačkoli plynové osvětlení dlouho konkurovalo osvětlení elektrickému (viz film „Plynové světlo“). Vzhled acetylenové (karbidové) lampy tento proces neovlivnil, zejména proto, že jako mobilní systém byl používán pro jiné účely (v dolech, ve světlometech atd.). Samotný přechod v takové lampě Solid - Gas však doplňuje celkový obraz.

Příklad členění: log (monolit) - dělený monolit (štípaný) - kapalina (olej, petrolej) - plyn (koksárenský plyn, acetylen, propan).

Je třeba poznamenat, že na rozdíl od nekritického chápání TRIZ plynové lampy vůbec nezmizely. Vrátily se nám dnes v podobě světelných zdrojů pro turisty a jejich vlastnosti se mírně zvýšily.

ELEKTRICKÉ SVĚTELNÉ ZDROJE

Téměř souběžně s vývojem chemických světelných zdrojů se vyvíjely elektrické, které se dokonce objevily o něco dříve než plynové houkačky.

V roce 1799 italský fyzik Alessandro Volta vytvořil první zdroj chemického proudu, který se nazýval „voltaický sloup“.

Další třídou integrovaných obvodů jsou tedy elektrické, to znamená zařízení, která využívají elektřinu jako elektrický prvek a elektrická energie není součástí vozidla. Nicméně z tabulky. 3 je zřejmé, že se od sebe liší typem RO. Hlavní třídy budou:

Obloukové lampy, kde plyn mezi elektrodami září vlivem elektrického výboje;

Žárovky, ve kterých je světlo vyzařováno zahřátým vláknem;

Plynové lampy, které využívají doutnavý výboj, který vzniká při nízkém tlaku plynu a nízkém proudu;

Bezelektrodové lampy (mikrovlnné);

LED diody.

Příklad nahrazení funkčního principu IE: Chemický - Elektrický - Elektromagnetický.

Obloukové lampy

Nejprve se začaly vyvíjet systémy, které využívaly elektrický oblouk. Tento jev současně pozorovali H. Davy v Anglii a V. Petrov v Rusku, což opět potvrzuje nevyhnutelnost vynálezů. Zajímavostí je, že v témže roce bylo pozorováno jak hoření elektrického oblouku, tak záře žhavého drátu pod vlivem proudu.

Rýže. 1. Vysokotlaké rtuťové výbojky s fosforem.

Avšak o pouhých 42 let později vytvořil francouzský fyzik Foucault první obloukovou lampu s ručním nastavením délky oblouku, která našla poměrně široké uplatnění. Ruční regulace však byla krajně nepohodlná a při korunovačních oslavách v Moskvě se na kremelských věžích rozsvítily obloukové lampy s automatickou regulací vzdáleností mezi uhlíky – nápad vynálezce Alexandra Špakovského (Neplést s Nikolajem!).

Pavel Yablochkov brzy vylepšil design umístěním elektrod svisle a jejich oddělením vrstvou izolantu. Tento design se nazýval „Jablochkovova svíčka“ a používal se po celém světě: například s pomocí takových „svíčk“ byla osvětlena pařížská opera.

Příklad zvýšení ovladatelnosti: Petrovův oblouk (neovladatelný) - Foucaultova lucerna (manuální ovládání) - Shpakovského oblouková lampa (automatické ovládání) - "Jabločkovova svíčka" (samoregulace).

Obloukové lampy, přestože byly jasné, nebyly příliš ekonomické, takže žárovky brzy zahájily svůj triumfální pochod. Obloukové lampy však vůbec nezmizely, ale obsadily svůj vlastní, dobře definovaný výklenek, což opět zpochybňuje závěry o „smrti vozidla“.

Hlavním problémem zůstalo rychlé spálení elektrod. Více než jednou vynálezci měli nápad uzavřít galvanický oblouk v atmosféře bez kyslíku. Ostatně díky tomu mohla lampa hořet mnohem déle. Američan Jandus byl první, kdo přišel s nápadem umístit pod kopuli ne celou lampu, ale pouze její elektrody. Když došlo k elektrickému oblouku, kyslík obsažený v nádobě rychle reagoval s horkým uhlíkem, takže se uvnitř nádoby brzy vytvořila neutrální atmosféra. Mezerami sice dále proudil kyslík, ale jeho vliv byl značně oslaben a taková lampa mohla nepřetržitě hořet asi 200 hodin.

Od použití vakua brzy přešli k použití inertních plynů. V dnešní době se jako zdroje zvláště jasného světla používají rtuťové (viz obr. 1) a xenonové obloukové výbojky.

Příklad použití principu inertního média.

Většina plynových výbojek využívá záření z kladného sloupce obloukového výboje, u zábleskových výbojek se jiskrový výboj přemění na obloukový výboj. Existují obloukové výbojky s nízkým [od 0,133 n/m 2 (10-3 mm Hg)], například nízkotlaká sodíková výbojka, vysoká (od 0,2 do 15 at.1 at = 98066,5 n/m 2) a ultravysoký tlak (od 20 do 100 atm nebo více, například xenonové výbojky) tlak.

Barva přijímaného světla závisí na látce, jejíž pára je v lampě. Srovnávací charakteristiky plynových výbojek jsou uvedeny v tabulce. 4.

Tabulka 4. Srovnávací charakteristiky obloukových lamp.

Nízkotlaká sodíková výbojka se vyznačuje nejvyšší účinností ze všech světelných zdrojů - cca 200 lm/W.

Žárovky (viz obr. 2)

Rýže. 2. Žárovky.

Historie žárovek je obvykle spojena se jménem Edison. První, kdo vyvinul první žárovku využívající ohořelé bambusové vlákno v evakuované nádobě, byl německý vynálezce Heinrich Goebel. Jeho krajan, chemik Hermann Sprengel, to zopakoval v roce 1865. A pak následoval celý vodopád výzkumu. Ve Velké Británii to byli Cruto, Gobel, Farmer, Maxim, Lane-Fox, Sawyer a Mann. První kanadský patent byl předložen Henrymu Woodwardovi a Matthewovi 24. července 1874. Nejznámější byly žárovky Lodygin a Swan.

Edison sice nevynalezl žárovku, přesto převedl teorii do praxe a jako první úspěšně rozvinul trh s žárovkami. Edisonovou nejdůležitější zásluhou je, že vytvořil celou infrastrukturu pro jejich použití, což nakonec přineslo komerční úspěch.

Závažnou nevýhodou žárovek byla jejich velmi krátká životnost. To bylo způsobeno rychlou destrukcí vlákna v kyslíkové atmosféře. Proto se vývoj žárovek ubíral dvěma směry:

Zlepšení vlastností závitu

Změna atmosféry v lampě.

Zlepšení vlastností závitu šlo směrem ke zvýšení tepelné odolnosti materiálu. Zpočátku se používalo různé uhlí na bázi bambusu, bavlny atd. Koncem 19. století byl světelný výkon takových žárovek 3 lumeny/watt. Poté začali používat různé žáruvzdorné materiály. Auer tedy navrhuje lampu s osmiovou spirálou (T pl = 2700 o C), zkoušeli použít tantal s bodem tání 2996 o C, jehož účinnost v lampách byla 7 lumenů / watt, a řada vynálezců , včetně Lodygin, se pokusili použít wolfram pro tyto účely. Avšak teprve poté, co se Coolidgeovi podařilo získat tvárný wolfram, žárovky s jistotou předčily plynové lampy a obloukové lampy.

A stále, navzdory všemu, žárovky pro teď tvoří většinu IP používaných na světě.

Halogenové žárovky (viz obr. 3)

Rýže. 3. Lineární 2-paticové halogenové žárovky.

Velkým krokem ve vývoji žárovek byl objev halogenového cyklu. Již v roce 1949 požádal OSRAM o patent na halogenové žárovky. Skutečný technický průlom však nastal až v roce 1959 u General Electric. Název těchto lamp je vysvětlen použitím halogenů (solí), jódu nebo bromu jako plnicích plynů. Halogenový cyklus v žárovce zabraňuje usazování wolframu odpařeného z vlákna na vnitřní stěny žárovky, ke kterému obvykle dochází u klasické žárovky během její životnosti. Během provozu lampy se spojuje wolfram a halogen a odpařený wolfram se ukládá na vlákno. Halogen uvnitř lampy funguje jako čistič oken, takže žárovka lampy zůstává čistá.

Halogenové žárovky, stejně jako klasické žárovky, vydávají teplo, ale jejich provozní teplota je cca 2800 o C. Díky tomu vydávají bělejší světlo, mají vyšší světelnou účinnost až 25 lumenů/Watt a delší životnost od 2000 až 4000 hodin.

Plynové výbojky

Plynové výbojky jsou příbuznými obloukových výbojek. Jedná se o velkou rodinu lamp, ve kterých k výboji dochází mezi elektrodami v atmosféře nějakého plynu nebo páry. Výboj způsobí ionizaci plynu, to znamená, že se objeví plazma, což je RO systému. Na rozdíl od obloukových lamp však plynová výbojka používá „žhavící“ výboj. V důsledku toho je teplota a spotřeba energie těchto lamp výrazně nižší.

Výboj plynu v plynech vytváří viditelné světlo, jehož spektrum závisí na použitém plynu.

Tabulka 5. Barvy doutnavých výbojů v různých plynech.

Rýže. 4. Lineární zářivky.

Nejběžnějším příkladem takových zářivek jsou zářivky „denního světla“ (viz obr. 4), kde emitorem světla jsou rtuťové páry. V tomto případě vzniká UV záření, které je fosforem přeměněno na viditelné světlo.

Příklad použití principu mediátora.

Fluorescenční žárovky poskytují světelný výkon 30-50 lm/W. Mají poměrně dlouhou životnost, až 20 000 hodin.

Kompaktní zářivky (viz obr. 5)

Rýže. 5. Kompaktní zářivky.

Hlavním rysem konstrukce kompaktních zářivek (CFL) je dát výbojce tvary různými způsoby, které zajistí výrazné zkrácení délky zářivky. Většina nízkopříkonových žárovek určených k náhradě žárovek je navíc navržena tak, že je lze našroubovat přímo nebo přes adaptér do objímky se závitem.

Příklad využití nadsystémových prostředků.