Теплові джерела світла

Джерела випромінювання в офсетному формном виробництві

Призначення, характеристики і класифікація джерел світла для фоторепродукціонних процесів

Джерелом оптичного випромінювання називають пристрій, що перетворює будь-який вид енергії в енергію електромагнітних випромінювань оптичного діапазону спектра. У світлотехніці за джерело випромінювання приймають не тільки ті тіла, які є самосветящимися, але також і тіла, що відображають або пропускають світло. Самосветящіеся тіла називаються первинними джерелами, джерела відбитого або проходить випромінювання - вторинними.

До освітлювальним установкам фоторепродукціонних апаратів і копіювального обладнання пред'являються такі техніко-економічні вимоги: відповідна сила світла. яка повинна бути достатньою для забезпечення на світлочутливому шарі необхідного фотохімічного ефекту при високій продуктивності фоторепродукціонного процесу; рівномірність освітлення оригіналу; відсутність значних коливань освітленості під час експонування; відсутність надмірного тепловиділення для запобігання перегріву технологічного обладнання; зручність і простота обслуговування; економічність в експлуатації та ін.

До найважливіших експлуатаційних характеристик джерел світлового випромінювання належать: величина світлового потоку - Ф, лм; спектральний склад, тобто розподіл світлового потоку випромінювання від довжини хвилі - Ф (l) (найчастіше він зображується графічно у вигляді кривої спектрального розподілу енергії); потужність електричного струму, яку споживає джерело світла - Р, Вт; колірна температура випромінювання - T, ° K; відношення величини світлового потоку до потужності електричного струму, яку споживає джерело світла або світловіддача - h, лм / Вт; середня тривалість експлуатації - t, ч.; стабільність спектрального складу і світлового потоку випромінювання під час експонування і при тривалому використанні джерела; розміри, економічність (ціна, світлова віддача, тривалість роботи), експлуатаційні властивості (складність освітлювальних пристроїв та схеми харчування, час встановлення нормальних світлових параметрів, нагрів, вплив на екологію).

Класифікація джерел випромінювання може здійснюватися за різними ознаками, наприклад:

а) за принципом дії і по спектральному розподілу потоку випромінювання (світлового потоку);

б) за розміром джерел випромінювання;

в) за характером розподілу сили випромінювання в просторі (за формою фотометричного тіла);

г) за часом дії випромінювання;

д) за допомогою колірної температури.

За принципом дії джерела випромінювання діляться на:

теплові (лампи розжарювання),

Окремий клас становлять джерела інтенсивного паралельного когерентного випромінювання - лазери.

Теплові джерела світла

Будь-яке тіло, що має колірну температуру вище абсолютного нуля, випромінює енергію. Якщо збуджений стан атомів і молекул цього тіла викликано нагріванням, то випромінювання, що посилається цим тілом в простір, є тепловим.

Теплове випромінювання виникає в результаті зміни енергетичних станів електронів та іонів, що входять до складу випромінюючого тіла, незалежно від його агрегатного стану. Однак для світлотехніки найбільший інтерес представляють тверді тіла. Випромінювання таких джерел складається з нескінченно великого числа монохроматичних випромінювань, потужність яких безперервно змінюється зі зміною довжини хвилі

Крім основних електричних (номінальну напругу, потужність), світлотехнічних (світловий потік, сила світла) і експлуатаційних (термін служби) параметрів лампи розжарювання мають ще одну важливу характеристику - світлову віддачу). Ця величина, що виражається в лм / Вт, показує скільки світла (лм) випромінює лампа. Використовувані на практиці в якості джерел освітлення теплові випромінювачі в великій мірі відрізняються один від одного поспектральному складом потужності випромінювання. Для характеристики теплових джерел з метою їх практичного застосування і возможносгі їх порівняння між собою використовують штучну модель теплового випромінювача - абсолютно чорне тіло.

Абсолютно-чорне тіло. Основні закономірності теплових випромінювань. еквівалентні температури

Абсолютно чорним тілом називається таке тіло, яке здатне повністю поглинути все падаючі на нього випромінювання. Тому, відповідно до закону Кирхгофа, таке тіло випускає при даній температурі велику енергію, ніж будь-який інший джерело. Модель абсолютно чорного тіла можна отримати, якщо в підлогою кулі з непрозорого і зачерненого зсередини матеріалу зробити отвір. При цьому весь світло, що потрапляє в порожнину кулі, практично повністю поглинається (рис. 3.1).

Закон Вина, званий законом зміщення максимуму, стверджує: довжина хвилі, при якій ордината кривої спектрального розподілу енергії в випромінюванні абсолютно чорного тіла максимальна, обернено пропорційна абсолютній температурі:

де # 955; max - довжина хвилі, на яку припадає максимум випромінювання; Т - абсолютна температура. К: b - постійна, b = 0,0029 м-К.

Еквівалентної температурою називається така температура абсолютно чорного тіла, при якій його випромінювання по одній з характеристик одно випромінювання досліджуваного тіла. Такими характеристиками можуть бути сумарна потужність потоку випромінювання Ф, візуальна яскравість В і кольоровість випромінювання, виражена у формі спектральної інтенсивності випромінювання на видимій ділянці спектра r = J (X).

Залежно від вибору характеристики розрізняють наступні еквівалентні температури випромінювання: радіаційна (енергетична) температура Те, яркостная температура Тебе і колірна температура Т.

Для порівняння інтегральних величин випромінювання абсолютно чорного тіла і реального джерела користуються радіаційної (енергетичної) температурою. Радіаційна (енергетична) температура-температура абсолютно чорного тіла, що має таку ж сумарну потужність випромінювання, як і дане реальне тіло (джерело випромінювання). Тому

де Тр - радіаційна температура, К; Т - справжня температура. К: коефіцієнт; -інтегральна коефіцієнт теплового випромінювання.

Використовуючи вираз (1.2.5), легко визначити справжню температуру випромінюючого тіла

Це співвідношення показує, що справжня температура завжди більше енергетичної, так як для реальних тіл

Яскравості температура - така температура абсолютно чорного тіла, при якій його яскравість в певній галузі спектра дорівнює відповідної яскравості досліджуваного джерела випромінювання.

Оскільки яркостная температура зазвичай визначається у видимій області спектра досить точно, то, використовуючи формулу, яка виражає закон Вина (1.2.4), і умови еквівалентності між яркостной температурою і істинної температурою реального джерела випромінювання, отримали вираз

Так як е (Х, Т) для всіх реальних тіл менше одиниці і 1n # 949; (# 955 ;, Т) має від'ємне значення, то завжди

Для зручності порівняння різних теплових джерел за їхніми спектрами користуються колірною температурою.

Колірна температура - така температура абсолютно чорного тіла, при якій відносний спектральний склад його випромінювання тотожний складу випромінювання реального тіла. Поняття колірної температури може бути застосовано тільки до теплових джерел з безперервним спектром випромінювання. Лише з достатньою часткою наближення можна характеризувати колірною температурою джерела змішаного випромінювання.

У теплових джерелах відбувається перетворення енергії електричного струму в світлову, яке здійснюється шляхом напруження за рахунок розігріву до 2200-3000 ° К через великий опір вольфрамової спіралі, поміщеної в скляний балон з відкоченим повітрям або наповненим інертним газом. Значна частина енергії електричного струму при цьому витрачається на нагрів і теплопередачу і направляється на випромінювання, довжина світлової хвилі якого знаходиться поза межами кривої видимості очі і спектральної світлочутливості фотоматеріалів, внаслідок чого світловіддача (3-4%), а отже і коефіцієнт корисної дії таких джерел порівняно невисокі. Спектральна характеристика світлового випромінювання теплового джерела є плавною і безперервної (крива 1, рис. 3.1).

Для будь-якого джерела світла існує оптимальне робоча напруга електричного струму, при якій забезпечується ефективний довготривалий режим експлуатації. При подачі на лампу більшої напруги колірна температура (Т), світловий потік (Ф) і світлова віддача (h) зростають, а тривалість роботи (t) зменшується. Ставлення цих величин в залежності від відношення напруг описується такими наближеними виразами:

Для поліпшення світлотехнічних показників для теплових джерел застосовується режим перенакала. якщо напруга на джерелі значнітельно перевищує номінальне значення.

Малюнок - 3.2 Спектральна характеристика випромінювання теплового (крива 1) і ксенонового (крива 2) джерел.

Однією з різновидів удосконалення теплових джерел є йодкварцовие лампи. Їх дія заснована на тому, що при нагріванні сполук йоду, які входять до складу металу нитки напруження, він випаровується і протидіє випаровуванню і осідання атомів вольфраму на поверхню скляного балона, що збільшує тривалість роботи і покращує світлотехнічні характеристики ламп.