?

Log in

Previous Entry | Next Entry

     В разговорах с покупателями и в письмах, приходящих с сайта, часто возникает вопрос: что означает обозначенная на многих источниках света температура, выраженная в тысячах градусов Кельвина. Коротко можно ответить так - это цветовая температура, обозначающая цветовой оттенок света, излучаемого лампочкой, а точнее это температура до которой должно быть нагрето абсолютно черное тело, что бы его свечение по цвету примерно совпадало бы с цветом лампочки. Обычно после такого ответа возникают новые вопросы, поэтому поговорим сегодня об этом более подробно.
 

   Как известно, любое тело, имеющее температуру, отличную от абсолютного нуля, излучают электромагнитные волны за счет расходования внутренней тепловой энергии. Такое излучение принято называть тепловым. В качестве эталонного объекта для изучения теплового излучения в физике принято  абсолютно черное тело - абстрактное физическое понятие, обозначающее тело, полностью поглощающее  все падающее на него электромагнитное излучение. На это в разговоре, обычно, возражают, что таких тел в природе не существует, что не модель абсолютно черного тела совсем верно. В природе, безусловно не существует абсолютно поглощающих поверхностей, любой материал, даже бархат, немножко, но отражает. А вот физическую модель (конструкцию) абсолютно черного тела построить вполне возможно. Представим себе устройство в виде полой сферы из некоторого, пусть даже не очень черного, но, главное, из жаропрочного материала. И пусть, в этой сфере проделано маленькое отверстие, как показано на рисунке.  Представим, что луч света попадает внутрь сферы через отверстие, далее он многократно отражается от внутренней поверхности, ослабевая при каждом отражении. Практически, вероятность того, что он выйдет наружу через входное отверстие крайне мала, поэтому само отверстие в сфере и является прекрасной моделью черного тела. 
     Если такую конструкцию нагреть до нескольких тысяч градусов, то отверстие начинает светиться в диапазоне волн, воспринимаемых глазом. Спектральный состав этого излучения зависит только от температуры нагрева, но никак не зависит от материала из которого сделана модель, именно это обстоятельство и делает абсолютно черное тело таким важным, можно сказать, эталонным, понятием.
     
     Позволю здесь маленькое отступление от темы. Спектральный состав (распределение энергии по длинам волн) черного  тела зависит от температуры и имеет вид показанный на рисунке (В.В. Мешков. Основы светотехники. ч.1 ГЭИ 1957). Спектральная плотность излучения абсолютно черного тела
Видно, что чем выше температура, тем больше максимум излучения смещен в коротковолновую область, то есть при повышении температуры желтые и оранжевые тона сменяются голубыми. Попытки теоретического объяснения формы спектра теплового излучения относятся ко второй половине 19 века, то есть ко времени, когда, казалось, классическая физика закончила  формирование теории, описывающей в целом картину мира. Полностью сформулирована аналитическая механика, разработана теория электричества, включая уравнения электродинамики Максвелла,  исчерпывающе описывающие электромагнитное поле, сформулированы начала термодинамики. Кажется, что если записать систему уравнений, описывающую движение всех атомов во Вселенной, задать начальные положения и скорости этих атомов, то решив такую систему уравнений можно, в принципе, предсказать все последующие события на сколь угодно дальний срок. Вот до какой гордыни поднялась тогда наука, остались лишь отдельные незначительные частные задачки, к примеру, обосновать теоретически формулу для спектра теплового излучения. 
     Одна из первая результативных попыток принадлежала В. Вину, который вывел формулу, названную его именем, и которая довольно точно описывала спектр в области коротких волн, но, к сожалению, в области средних волн кривая Вина стремилась к бесконечности, чего в действительности никак быть не могло. Другие исследователи - Д.Релей и Д.Джинс подошли к проблеме с  несколько  другой стороны и получили формулу, адекватную в длинноволновой области спектра, но увы, на средних волнах закон Релея-Джинса вновь предсказывал бесконечно большую интенсивность излучения.
     Точную формулу получил Макс Планк, но при выводе ему пришлось прибегнуть к странному вычислительному приему, а именно, он был вынужден  предположить, что излучение испускается движущимися зарядами не непрерывно (как утверждает классическая электродинамика), а отдельными порциями, причем энергия такой порции пропорциональна частоте колебаний излучаемой волны. Так в науку практически нелегально пробралось понятие кванта излучения. Представление о том, что электромагнитное излучение действительно испускается отдельными порциями, абсолютно не вписывалось в представления классической физики и самим Планком не было принято до конца жизни.

     Но вернемся к вопросу, с которого начали. Мы выяснили, что спектральный состав излучения абсолютно черного тела зависит только от его  температуры, поэтом его и удобно использовать в качестве эталона оттенка цвета источников света, используемых для освещения. Полезно знать, что цветовая температура обычных ламп накаливания  соответствует 2700 К, галогенных 12 В примерно 3000 К. Светодиодные и люминесцентные источники, выпускаются в разных вариантах цветности. Здесь принято к тепло-белым относить источники с цветовой температурой в диапазоне от 2700 до 3500 К, нейтрально-белым  4000-5000 К, холодно-белым 6000-6500 К, а светодиодные и до 10000 К.

    И еще, в качестве следствия закона Планка, следует упомянуть, что интегральная интенсивность (сумма по всему спектру) излучения абсолютно черного тела  пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры. В частности, это означает, что незначительное повышение температуры спирали лампочки приводит к значительному увеличению её светового потока. Именно этим объясняется "чудо", которое я часто демонстрирую своим покупателям. Берем две практически одинаковые лампы для врезных потолочных светильников, одной и той же мощности, но одна на 220 В, а другая на 12 В, и включаем. Разительная разница (почти в три раза) в световом потоке настолько наглядна, что снимает все недоуменные вопросы, типа затем возиться с трансформаторами, если существуют лампы прямого включения на 220. А все дело в том, что более толстые двенадцативольтовые спирали, да еще с реализованным внутри колбы галогенным циклом, просто позволяют себя немножко сильнее нагреть. Не забудем, так же добавить, что такие лампы служат почти в три раза дольше, чем аналогичные на 220 В.


Comments

( 15 comments — Leave a comment )
selfhiker
Nov. 5th, 2012 02:13 pm (UTC)
Лучше уж так, на конкретном примере в DIALux-е :)

lamps
avkost1955
Nov. 5th, 2012 02:37 pm (UTC)
Лучше чем что? Чем понимать, что означает тот или иной параметр, описывающий свойства источника света:)?

Если же вы имеете в виду, что на такой картинке можно получить представление о том, чем отличаются источники с разной цветовой температурой, то готов согласиться, хотя цветовые искажения на фотографии очень значительны. При покупке конечно надо смотреть на то какой свет дает источник на самом деле, а не на фотографии. Но даже и такой подход не гарантирует от неожиданностей. Например, в моей практике был случай, когда покупатель приобрел светильник с явным тепло-белым оттенком, а потом позвонил и сказал, что мы ошиблись, светильник оказался с холодным свечением. В итоге выяснилось, что такие шутки шутит с нами механизм зрительного восприятия, этому я планирую посвятить один из следующих постов.
selfhiker
Nov. 5th, 2012 02:43 pm (UTC)
да, я о представлении
avkost1955
Nov. 5th, 2012 03:23 pm (UTC)
Диалюкс, конечно, отличный инструмент, и по удобству расчетов и по наглядности.
galina_zdvrn
Nov. 6th, 2012 05:46 pm (UTC)
Честное слово, я все внимательно прочла, из принципа! Не поняла ничего, и подумала:-" Боже правый, как хорошо , что пора сессий, курсовых уже позади!" :)))Но Вам-завидую! Разбираться в такой сложной теме - большого ума стоит!
avkost1955
Nov. 6th, 2012 06:55 pm (UTC)
Спасибо за проявленное внимание и упорство. Жаль, что оказалось не понятно, мне казалось, что все достаточно просто. Из всего изложенного важно только понимать что цвет свечения лампочки можно охарактеризовать температурой.
galina_zdvrn
Nov. 6th, 2012 07:13 pm (UTC)
интегральная интенсивность (сумма по всему спектру) излучения абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры...Нет, ну я не против, что все понятно))). А лампу я действительно выбираю по цвету (холодно-белую), и не знала о зависимости ее свечения от температуры.Кстати, а какая полезнее для восприятия глазу?
avkost1955
Nov. 6th, 2012 07:24 pm (UTC)
Тепло-белые привычней, так как ближе к лампам накаливания и уютней что ли. Нейтрально белые обладают лучшей цветопередачей, под ними более правильно воспринимаются цвета (раньше, когда выбор люминофоров был не так велик, рекомендовалось сочетать теплое и холодное свечение, устанавливая в светильник две разных лампы, так свет приближался к нейтральному). Кстати, покупатели очень редко выбирают для помещений холодно белый свет, чаще для улицы.
galina_zdvrn
Nov. 6th, 2012 09:39 pm (UTC)
Я покупаю для кухни и мне удобнее, так кажется, именно с холодной лампой. Больше света и более четкая картинка на столе,или я ошибаюсь???...Как здорово, что можно спросить практически у волшебника:)
avkost1955
Nov. 7th, 2012 06:49 am (UTC)
Нет, не ошибаетесь. Существует понятие комфортного освещения. Разные исследователи определяют комфорт по-разному, в частности, один из критериев комфортности опирается на точность различения мелких деталей изображения при различных освещенностях. При таком подходе получается, что, чем выше цветовая температура, то есть чем холоднее свет, тем в большем диапазоне освещенностей условия оказываются комфортными. Сейчас под рукой точных данных нет, но чуть позже постараюсь подобрать материал и написать более подробно.
galina_zdvrn
Nov. 7th, 2012 08:41 am (UTC)
Как приятно не ошибаться! Спасибо :)
livejournal
May. 8th, 2014 02:44 am (UTC)
Оглавление постов по светотехнике.
Пользователь sko4 сослался на вашу запись в записи «Оглавление постов по светотехнике.» в контексте: [...] ТЫ ФОТОМЕТРИИ И СВЕТОТЕХНИКИ - Цветовая температура. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. [...]
livejournal
Jun. 13th, 2014 04:43 am (UTC)
Еще раз про выбор галогенных ламп: 220 или 12 вольт.
Пользователь xuman1 сослался на вашу запись в своей записи «Еще раз про выбор галогенных ламп: 220 или 12 вольт.» в контексте: [...] кие причины такой разницы я пытался объяснить в посте, посвященном понятию цветовой температуры [...]
livejournal
Jun. 7th, 2015 03:57 pm (UTC)
Еще один парадокс зрительного восприятия.
Пользователь gleb_schukin сослался на вашу запись в своей записи «Еще один парадокс зрительного восприятия.» в контексте: [...] самой лампы баланс смещается в область более низких  цветовых температур ( см. предыдущий пост [...]
livejournal
Jun. 25th, 2015 12:35 pm (UTC)
Оглавление постов по светотехнике.
Пользователь prvlad сослался на вашу запись в своей записи «Оглавление постов по светотехнике.» в контексте: [...] ТЫ ФОТОМЕТРИИ И СВЕТОТЕХНИКИ - Цветовая температура. Тепловое излучение. Абсолютно черное тело. [...]
( 15 comments — Leave a comment )

Profile

avkost1955
Александр

Latest Month

July 2017
S M T W T F S
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031     

Tags

Powered by LiveJournal.com