Šviesa ir jos šaltiniai

TURINYS

1. Šviesos supratimas senaisiais laikais.................1
2. Tikrasis šviesos aiškinimas.............................1
3. Gamtiniai (natūralūs) šviesos šaltiniai..................2
4. Dirbtiniai šviesos šaltiniai......................3

5. Apibendrinimas..........................9

6. Literatūra.............................10

Šviesos supratimas senaisiais laikais

Šviesos reiškiniai mus lydi kasdien, su jais susiduriame kiekviename žingsnyje. Šviesą skleidžia daugybė, įvairių daiktų: saulė, žaibai, žvakės, jonvabaliai, žuvys, lemputės ir t.t. Labai seniai žmogus pradėjo domėtis šviesos reiškiniais ir juos stebėti. Pirmąsias susistemintas ir apibendrintas žinias apie šviesos reiškinius ir jų aiškinimą graikų filosofas Euklidas (V – VI a. pr. m. e.) išdėstė dviejuose veikaluose – „Optikoje“ ir „Katoprikoje“. Vėliau Aristotelis (384 – 332 m. pr. m. e.) ir Ptolemėjus (III a.) išnagrinėjo šviesos lūžimo dėsnius. Kas yra šviesa ilgą laiką buvo neaišku. Kai kurie graikų filosofai teigė, kad šviesa išeina iš stebėtojų akių, apšviečia kūnus ir dėl to mes galime matyti. Šis teiginys nepasitvirtino, nes tamsoje akys nemato.
Atomistų Epikūro (341 – 270 m. pr. m. e.), Liukrecijaus Karo (apie 99 – 55 m. pr. m. e.) ir kitų raštuose užtinkame šviesos dalelių (korpuskulių) pradmenis. Jie teigė, kad šviesa yra iš daiktų išspinduliuojamos plonos plėvelės, vadinamos „kopijomis“, t.y. akis kūnus mato todėl, kad jie patys spinduliuoja irr atspindi tas daiktų „kopijas“, kurios patekusios į akį sukelia šviesos įspūdį.
Tikrasis šviesos aiškinimas
1865 m. Dž.Maksvelas įrodė, kad turi egzistuoti šviesos greičiu sklindančios
elektromagnetinės bangos. Todėl buvo galima tarti, kad pati šviesa yra elektromagnetinės prigimties.
Fizikoje šviesa vadinamos infraraudonosios, regimosios ir ultravioletinės spektro srities el

lektromagnetinės bangos, tiriamos optiniais metodais. Jų dažnių diapazonas yra nuo 3*1011 iki 3*1016 Hz . Šnekamojoje kalboje šviesa vadinamos tik regimosios spektro srities elektromagnetinės bangos. Jų dažnių diapazonas apytiksliai yra (7.5 − 4.0)* 1014 Hz , o bangos ilgis vakuume – nuo 0,380 iki 0,770 μm (1μm = 10+6m).

Bandymai rodo, kad fiziologinius, fotocheminius, fotoelektrinius ir kitus šviesos reiškinius sukelia tam tikru dažniu kintantis elektrinis laukas. Taip yra todėl, kad greičiu judančią elektringą dalelę, pavyzdžiui elektroną, elektromagnetinė banga veikia Lorenco jėga:

čia pirmasis dėmuo – elektrinė jėga, antrasis – magnetinė jėga. Magnetinės ir elektrinės jėgų santykis yra ne didesnis kaip v /c, čia c – šviesos greitis vakuume. Paprastai šviesos veikiama elektringoji dalelė įgyja greitį v << c , todėl magnetinės jėgos poveikio galime nepaisyti. Taigi šviesos reiškiniuose esminis yra elektrinis laukas, ir jo stiprumo vektorius vadinamas švviesos vektoriumi.

Gamtiniai (natūralūs) šviesos šaltiniai
Visi šviesą skleidžiantys kūnai vadinami šviesos šaltiniais. Gamtiniai šviesos šaltiniai yra: Saulė, žvaigždės, žaibas, įvairūs šviečiantys vabzdžiai ir augalai, ir t.t.
Žaibas- tai didelė elektros iškrova, kuri susidaro atsiradus skirtingiems potencialams tarp debesų , debesų ir žemes. Žaibo poveikis yra dvejopas. Vienas yra tiesioginis žaibo išlydis, kitas – išlydžio metu visais dažniais kintantis magnetinis laukas.Žaibo temperatūra – 30 tūkstančių laipsnių – penkis kartus aukštesnė negu Saulės paviršiuje. Įtampa gali siekti 16 milijonų voltų, srovė – 200 tūkstančių amperų.

Pagrindinis ir svarbiausias gamtinis šviesos šaltinis yra Saulė. Ki

iekvieną dieną Saulė siunčia mums dvi energijos formas -šviesą ir šilumą. Saulės šviesa pasiekia Žemę per 8 min 20 s. Gyvybė Žemėje gali egzistuoti tik todėl, kad Saulė jai teikia pakankamai energijos. Energija būtina mechaniniam darbui ir bet kokiam veiksmui ar vyksmui. Augalai, pasitelkdami Saulės spindulių energiją, iš anglies dioksido ir vandens sukuria organinius cheminius junginius. Tuose junginiuose slypi cheminė energija. Cheminė energija gyvūnų organizmuose iš cheminių junginių atsipalaiduoja jiems skylant į paprastesnius. Gyvūnai iš cheminių junginių gautą energiją naudoja raumenų judėjimui ir kitoms gyvybinėms reikmėms.

Dirbtiniai šviesos šaltiniai

Žvakės, žibalinės ir dujinės lempos

Žvakės gaminamos iš vaško, kuris degdamas išskiria įkaitusius suodžius ir dujinius degimo produktus. Geltoną šviesą skleidžia įkaitę suodžiai. Tas pat vyksta ir žibalinėse lempose. Dujinių lempų degikliuose dujos sumaišomos su oru, tad liepsna būna karštesnė ir, tuo pačiu, baltesnė. Dujinėse lempose neišsiskiria suodžiai tad jie ir negali švytėti. Liepsna kaitina mantiją, padengta cerio ir torio druskomis, kurios būdamos karštos skaisčiai švyti.

Lemputės su kaitinimo siūleliu

Įprastinėse elektrinėse lemputėse elektros srovė įkaitina volframinį siūlelį iki 1800ºC. Tokioje temperatūroje siūlelis švyti taip, kad jo skleidžiamos šviesos spalva priartėja prie dienos šviesos spalvos. Volframas lydosi 3410ºC temperatūroje, todėl jam tokia temperatūra iki kokios jis įkaista lemputėje, nėra kenksminga.
Tiesa, iš lemputės baliono visų pirma reikia išsiurbti or

rą ir jį pakeisti inertiškesnėmis dujomis- dažniausiai argonu- nereaguojančiomis su karštu volframu.
Paprastoje kaitinimo lemputėje šviesa virsta mažiau nei penki procentai elektros energijos, o likusioji dalis – šiluminiais nuostoliais.

Elektros išlydžio vamzdeliai

Elektros išlydis vyksta vamzdelyje, užpildytame išretintomis dujomis. Stipriame elektriniame lauke dujų molekulės jonizuojasi- nuo atomų atitrūksta vienas ar keli elektronai. Elektronai vėl stengiasi nors trumpam užimti savo vietą kuriame nors jonizuotame atome, o kai tai įvyksta, elektronas išspinduliuoja šviesos porciją. Taip išsiskiria daug šviesos, o šiluminiai nuostoliai maži, todėl išlydžio lemputės daug efektyvesnės negu lemputės su kaitinimo siūleliu.
Išlydžio lempų šviesos spalva priklauso nuo dujų, kuriomis jų vamzdeliai užpildomi. Žemo slėgio natrio garų lempos skleidžia intensyvią gelsvai oranžinę šviesą ir naudojamos gatvių apšvietimui. Gyvsidabrio garai suteikia išlydžiui žalsvai violetinę spalvą, o neonas- ryškiai raudoną. Tokie spalvotos šviesos vamzdeliai naudojami reklaminiams užrašams.
Užpildžius išlydžio vamzdelį argonu su gyvsidabrio garų priemaiša, išsiskiria labai daug ultravioletinės spinduliuotės. Toks vamzdelis švyti blankiai melsvai ir šiaip jau naudojamas ne apšvietimui, o medicininiams tikslams- dezinfekcijai, nes ultravioletinė spinduliuotė užmuša įvairius mikrobus. Tačiau padengus vamzdelio vidų specialiais fluorescuojančiais dažais, ultravioletinė spinduliuotė nebeišsiskverbia iš vamzdelio, o tik sužadina dažų molekules, kurių švytėjimo spalvą galima keisti parenkant dažų sudėtį.

Šviesos šaltinis su 75w kvarcine halogenine lempa.

Naudojimas interjere arba apsaugotoje nuo krituliu vi

ietoje. Rekomenduojamas taškais švytinciu ženklu su animacija bei kitokiam apšvietimui su galinio švytëjimo pluošto gijomis.

Pluošto laikiklis fiksuoja iki 2500 pluošto giju sv.PAF30- 0,75 mm diametro. Galima naudoti spalvos filtrus iš leksano, kurie patogus, suteikiant konkrecia spalvu ar mirgëjimo schema tam tikrose pluošto grupëse.
Gaminamas ir 12V maitinimo itampos.

Šviesos šaltinis – sv.Fiberpro

Šaltinis sustiprintos konstrukcijos, su užraktu, skirtas
naudojimui interjere ir lauke po atviru dangumi – apsaugotas nuo krituliu. Šaltinyje naudojama 150w metalo halidinë lempa. Naudojamas lauko reklamoje, architekturoje, pramogu parkuose su Sideglow
ir Endglow šviesolaidžio kabeliais. Baseinu pašvietimui galima naudoti atsižvelgiant i elektrosaugos reikalavimus. Pluošto laikiklis talpina iki 500 sv.PAF20 giju. Galima komplektacija su 1-4-8 spalvu filtrais iš dichroidinio stiklo. Galima komplektuoti su šviesos pritemdymo, stroboskopiniu efektu arba esant keliems šviesos šaltiniams su spalvu kaitos sinchronizacijos moduliu, DMX valdymu.

Šviesos diodai
Šviesos diodai ir skaidulinės optinės sistemos gali priversti dabartines kaitinimo lempas ir liuminescencinius vamzdelius keliauti į technikos muziejų.

Naujų efektyvesnių mūsų namų apšvietimo būdų yra ieškoma nuo pat didžiosios energetinės devintojo dešimtmečio krizės metų. Geras pasirinkimas būtų šviesos diodai, nes jie žymiai geriau už kaitinimo ar fluorescencinius šaltinius verčia elektronus fotonais. Kaitinimo lempose vos 5 proc. elektros galios virsta šviesa, o šviesos diodų efektyvumas yra 10 proc. Šiuo metu yra kuriamos naujos šviesos diodų technologijos, padidinsiančios šį parametrą iki 20 procentų.

Elektros lemputes stengiamasi pakeisti ir kitokiais naujais prietaisais. Nuotolinio apšvietimo sistemose, skirtose bet kuriai namo vietai apšviesti, yra naudojami optiniai šviesolaidžiai, o natūralaus apšvietimo sistemos gali namo vidaus apšvietimui pasitelkti iš išorės saulės šviesą. Šiose srityse pastaraisiais metais yra pasiekta milžiniška pažanga, todėl maždaug po 50 metų dabartinės apšvietimo sistemos žmonėms turėtų atrodyti visiškai archajiškos.

Šviesos dėmelės tamsoje

Septintajame dešimtmetyje pasirodę pirmieji puslaidininkiniai šviesos diodai duodavo mažytes raudonos, o kai kurie ir nematomos infraraudonosios šviesos dėmeles. Juos buvo galima aptikti to meto moderniuose rankiniuose laikrodžiuose, kurių ciferblatas nušvisdavo paspaudus mažą mygtuką korpuse. Tokių šviesos diodų elektros vertimo spinduliuote efektyvumas buvo matuojamas dešimtadaliais liumeno vatui.

Pirmieji šviesos diodai švietė raudonai, bet dar nepasibaigus net pirmajam dešimtmečiui po jų pasirodymo, atsirado ir žalieji, ir geltonieji šviesos diodai. Be to, jie iš vato elektros jau sukurdavo daugiau negu vieną liumeną šviesos. Daug kas dabar prognozuoja, kad šviesos diodai gali pasekti puslaidininkine mikroelektronika dėl rinkos dvigubo padidėjimo kas 18 mėnesių.

Daugelis žino apie raudonųjų šviesos diodų taikymus papildomose automobilių stabdžių lemputėse ar kelio ženkluose. Bet kitas spalvas spinduliuojantys diodai irgi yra plačiai taikomi. Japonijos automobilių kelių korporacija šios šalies autostradose yra įrengusi šimtus elektroninių ženklų, informuojančių apie automobilių srautus: raudoni ženklai žymi didelį transporto kamštį, oranžiniai ¬ vidutiniškai apkrautą trasą. Kiti ženklai nurodo apytikrę kelionės iki atskirų taškų trukmę: raudoni naudojami įspėjant apie neįprastai ilgas trukmes, pavyzdžiui, atsiradusias dėl autoavarijų ar kitų netikėtų eismo įvykių, oranžiniai ¬ padidintus transporto srautus, o žali ¬ apie normalios trukmės kelionę.

Nors šviesos diodai su tokios rūšies taikymais susidoroja kuo puikiausiai, baltą šviesą spinduliuojančių prietaisų, reikalingų apšvietimui, nebuvo iki tol, kol Shuji Nakamura, iš kompanijos Nichia Chemical Industries, Japonijoje 1993 m. savo laboratorijoje nesukūrė mėlynojo šviesos diodo. Šiandien Nakamura yra visų pripažintas šviesos diodų, o ypač mėlynųjų, ekspertu. 1996 m., panaudojęs fotoaktyviuosius liuminoforus, jis sugebėjo paversti savo mėlynąjį šviesos diodą baltuoju.
Kai žmonės išvydo šios technologijos perspektyvas, daugelis puolė vytis Nichia. Dauguma kompanijų sukūrė naujus konsorciumus, kurių pagrindinis tikslas buvo pralenkti Nichia Chemical šviesos diodų rinkoje. Tuo pat metu universitetų mokslininkai labai susidomėjo Nakamuros panaudotu galio nitridu. Dabar rinkoje baltuosius šviesos diodus siūlo amerikiečių Hewlett-Packard, japonų Matsushita Electric Industrial Co. ir Sumitomo Electric bei Malaizijoje įsikūrusi kompanija Osram.
Puslaidininkiniai šviesos šaltiniai nuo taikymų indikatoriuose iš lėto juda link apšvietimo sistemų. Tikroji rinka, o kartu ir tikrieji pelnai, baltųjų šviesos diodų laukia būtent apšvietimo srityje.

Baltieji šviesos diodai yra sudaryti iš liuminoforo ir mėlynai šviečiančio šviesos diodo kristalo. Nakamura sako: “Efektyvių apšvietimo sistemų teks palaukti dar keletą metų. Efektyviausiam baltos šviesos generavimui liuminofore yra reikalingi ultravioletiniai šviesos diodai”.

Geraldas Stringfellow, iš Hewlett-Packard, mano kitaip: “Manau, kad tinkamiausias sprendimas bus trys skirtingas spalvas spinduliuojantys diodai viename kristale”. Jis pažymi, kad puslaidininkiniai šviesos diodai artėja prie teorinių savo galimybių ribų, o horizonte nematyti naujų medžiagų. Jo nuomone, vienintelė išimtis yra AlGaInN, galįs net penketą kartų pagerinti elektros vertimo šviesa našumą. Dabartiniai baltieji šviesos diodai duoda apie 10 l/W; jeigu Stringfellow yra teisus, šis parametras gali išaugti iki 50 l/W, o šviesos diodai tuomet taps pačiu svarbiausiu apšvietimo sistemų prietaisu.

Dabar apie šviesos diodus tikrai galima pasakyti štai ką: kai reikia nedidelio, siauroje spektro dalyje sutelkto šviesos kiekio, jie yra patys efektyviausi šaltiniai. Tam tikriems bangų ilgiams jie yra išvis patys efektyviausi šaltiniai. Bet norint kad jie tiktų patalpų apšvietimui, reikia našumo koeficientą pakelti iki teoriškai pasiekiamos ¬ didesnės kaip 25 proc. ¬ atžymos.

Tokijo tarptautinė prekybos ir pramonės ministerija negaili pinigų apšvietimui skirtų šviesos diodų kūrimui. Naujoji Energijos ir pramonės vystymosi organizacija, irgi įsikūrusi Tokijyje, vadovauja šioms pastangoms per savo koordinuojamą projektą, pavadintą “Šviesa 21-ajam šimtmečiui”. 1999 m. kovo mėnesio duomenimis, šiame projekte dalyvavo 13 kompanijų bei Yamaguchi ir Mie universitetai. Keturi pagrindiniai projekto tikslai yra:
• Puslaidininkinio junginio, pasižyminčio puikiomis liuminescencijos trumpabangėje srityje savybėmis, suradimas;
• Idealaus padėklo tokio junginio auginimui radimas;
• Puslaidininkinių junginių kristalizacijos procesų technologijos sukūrimas;
• Medžiagų, verčiančių ultravioletinių šviesos diodų spinduliuotę balta šviesa, atradimas.
Tikimasi, kad, projektą sėkmingai pabaigus, šviesos diodus naudojančios apšvietimo sistemos leis gerokai sumažinti Japonijos apšvietimo išlaidas. Netolimoje ateityje ruošiamasi pradėti gaminti apšvietimui skirtas plokštes, sudarytas iš šviesos diodais užpildyto pagrindo ir liuminescuojančios dangos. Pastaroji gali būti talpinama toje pat plokštėje kaip ir šviesos diodai, arba prieš juos.

Vašingtone įsikūrusios Amerikos energetiškai efektyvios ekonomikos tarybos duomenimis, vien pakeitus kelio ženkluose esančias kaitinimo lempas šviesos diodais, būtų galima kasmet sutaupyti 2,5 kWh elektros energijos. Nadarajah Narendranas, Rensselaerio politechnikos instituto (Niujorko valstija) Apšvietimo problemų tyrimo centro direktorius aiškina: “Šviesoforuose įmontuotos kaitinimo lemputės tik veltui eikvoja šviesą. Lemputės spinduliuoja didelių dažnių spinduliuotę, sudarančią baltą šviesą, tačiau filtrai nukerta visus nereikalingus dažnius. Tuo tarpu šviesos diodai spinduliuoja tik tokios spalvos šviesą, kokia jums reikalinga: raudoną, geltoną ar žalią”.

Šviesos diodai puikiausiai tinka kaip nedidelių spintelių ir kitų baldų apšvietimas taikymams. Iš tiesų, keletas kompanijų jau pradėjo kurti tokiems taikymams skirtus prietaisus. Praėjusią gegužę olandų kompanija LumiLeds Lightning BV paskelbė sukūrusi didelio ryškio šviesos diodus, kurie spinduliavo 30 liumenų šviesos galią, kuri sukolimuota į 6o skėsties kampą, davė 1000 cd ryškio šviesos pluoštą. Ateityje LumiLeds ruošiasi gaminti tokių šviesos diodų matricas.
Apibendrinimas

Gyvenamąją aplinką turime sukurti šviesią. Šviesa atneša į mūsų gyvenimą gyvybės, todėl nuolatos turime siekti jos, atsisakyki uždarų šviestuvų, perdegusias elektros lemputes pakeiskite naujomis, galingesnėmis. Didesnės išlaidos už elektrą šimteriopai grįš geresne sveikata ir savijauta. Geras apšvietimas žmogui yra būtinas, turi didelę įtaką jo psichikai. Įrodyta, kad žmogaus sugebėjimas atskirti, kas jam reikalinga ar nereikalinga, mažėja, jei jis negali aiškiai matyti jį dominančių daiktų. Dauguma žmonių įvairiose situacijose negalėdami gerai matyti aplinkos jaučia nerimą ar net baimę, Bendraujant su žmonėmis labai svarbu, kad jie būtų gerai apšviesti (tik ne akinama šviesa): tuomet mūsų pašnekovai gerai suvoks savo reikšmę pokalbyje ir aktyviai dalyvaus jame.
Patalpų apšvietimas kiek įmanoma turi būti artimesnis natūraliam. Dienos metu šviesa kinta, šviesos srautai dažnai filtruojasi pro debesis ir prieš langus augančius medžius. Tai teigiamai veikia žmogų, nes monotoniška šviesa mus vargina.
Patalpose turi būti įvairūs šviesos šaltiniai, kuriais galima sukurti jaukią aplinką. Net gerai suprojektuotame, bet blogai apšviestame interjere jausime diskomfortą. Tinkamai išdėstyti šviestuvai teigiamai veikia energetinius srautus patalpose. Žmogui tinkamiausia apvali šviestuvų forma (simbolizuojanti saulę), nepatartina šviestuvus kabinti žemai, nes tai energetiškai kenksminga žmogui. Taigi nušvieskime savo aplinką ir visada busime geros nuotaikos, energingi!

Literatūra .
1.I.Požėla, Č. Radvilavičius . Optika ir atomo fizika // Mokomoji knyga, Kaunas, 2003m. p. 24-27.
2. Internetinis puslapis. http://www.meco.lt/images/doc/m_saltiniai04.pdf
3. Internetinis puslapis. http://www.rtn.lt/rtn/0001/lempute.html
4. Kiti GOOGLE paieškos sistemos internetiniai puslapiai.

Leave a Comment