Sorgenti luminose: tipi, caratteristiche principali e applicazioni

La luce (dal latino lucis) o la luce visibile è una parte dello spettro della radiazione elettromagnetica, che viene percepita dall'occhio umano. L'unità elementare di luce è un fotone. Le particelle elementari hanno una lunghezza d'onda specifica, a seconda della sorgente di luce che le ha generate. Un fotone obbedisce alle leggi della meccanica quantistica e in diverse condizioni fisiche può manifestarsi sia come una particella che come un'onda.

L'evoluzione storica dei dispositivi di illuminazione

Le prime fonti di radiazione elettromagnetica visibile che l'umanità utilizzava per i suoi bisogni erano basate sulla combustione di combustibile combustibile di pianta (legno) o di origine animale (grasso e grasso).

Gli antichi greci e romani per la prima volta iniziarono a usare vasi di argilla e bronzo, che venivano posti sostanze combustibili. Queste navi divennero i progenitori delle lampade moderne.

Alla fine del XVIII secolo, il chimico svizzero Argant inventò una lampada a stoppino in cui il cherosene era usato come combustibile. Alla fine del 19 ° secolo, Edison brevettò una lampadina a incandescenza. Dopo questa invenzione e grazie alla rapida dinamica del settore, cominciano a comparire molte altre fonti di radiazioni elettriche.

Fisica delle sorgenti luminose

Lo spettro di radiazioni, che vede l'occhio umano, si trova all'interno delle lunghezze d'onda dei fotoni da 400 nm a 700 nm. La fonte di luce è un processo fisico che si verifica in un atomo di materia. L'atomo come risultato di ogni azione può ricevere energia dall'esterno, trasferisce una parte di questa energia al suo sottosistema elettronico.

I livelli di energia di un elettrone in un atomo sono discreti, cioè ognuno di questi livelli corrisponde a un valore specifico. A causa dell'energia ricevuta dall'esterno, alcuni elettroni dell'atomo possono trasferirsi a livelli di energia di ordine superiore, in questo caso possiamo parlare di uno stato di elettrone eccitato. In questo stato, gli elettroni sono instabili e di nuovo vanno a livelli con energia inferiore. Questo processo è accompagnato dall'emissione di fotoni, che è la luce che percepiamo.

Radiazione termica

Il processo di radiazione termica è un processo fisico in cui il sottosistema elettronico è eccitato a causa del trasferimento di energia cinetica dai nuclei atomici ad esso. Se un oggetto, come una piastra metallica, viene sottoposto a riscaldamento ad alte temperature, inizierà a brillare. All'inizio, la luce visibile avrà un colore rosso, poiché questa parte dello spettro visibile è la meno energetica. Con l'aumento della temperatura del metallo, emetterà una luce bianco-gialla.

Si noti che quando il metallo è riscaldato, inizia a emettere prima raggi infrarossi che una persona non è in grado di vedere, ma li sente sotto forma di calore.

Radiazione luminescente

Questo tipo di radiazione avviene senza preriscaldare il corpo e consiste in due processi fisici consecutivi:

1. L'assorbimento di energia da parte del sottosistema elettronico e la transizione di questo sottosistema ad uno stato energetico eccitato.
2. Radiazione nell'intervallo di luce associato al ritorno del sottosistema elettronico allo stato di energia del suolo.

Se entrambi gli stadi si verificano in un intervallo di tempo di alcuni secondi, il processo viene chiamato fluorescenza, ad esempio, l'emissione dello schermo TV dopo essere stata spenta è fluorescente. Se entrambe le fasi del processo di radiazione avvengono entro poche ore e più a lungo, allora tale radiazione viene chiamata fosforescenza, ad esempio un orologio incandescente in una stanza buia.

Classificazione delle sorgenti luminose

Tutte le fonti di radiazioni elettromagnetiche visibili all'occhio umano, a seconda della sua origine, possono essere suddivise in due grandi gruppi:

1. Fonti naturali Si irradiano onde elettromagnetiche a causa di processi fisici e chimici naturali, ad esempio, stelle, lucciole e altri sono fonti di luce naturale. Possono essere sia oggetti viventi che non viventi.
2. Fonti di luce artificiale Devono la loro origine all'uomo, poiché sono la sua invenzione.

Dispositivi artificiali per radiazione elettromagnetica visibile

A loro volta, le fonti artificiali sono dei seguenti tipi:

• Lampadine a incandescenza. Emettono luce a causa del riscaldamento di un filamento metallico ad una temperatura di diverse migliaia di gradi. Il filamento stesso si trova in un recipiente di vetro ermetico riempito con un gas inerte che impedisce il processo di ossidazione del filamento.
• Lampade alogene. Rappresentano un nuovo stadio evolutivo delle lampade ad incandescenza in cui il gas alogeno, ad esempio lo iodio o il bromo, viene aggiunto al gas inerte in cui si trova il filamento metallico. Questo gas entra equilibrio chimico con filamenti metallici, che è tungsteno, e consente di prolungare la vita della lampada. Invece di una teca di vetro nelle lampade alogene utilizzare il quarzo, che resiste a temperature più elevate rispetto al vetro.
• Lampade a scarica. Questo tipo di sorgente luminosa crea una radiazione elettromagnetica visibile a causa di scariche elettriche che si verificano in una miscela di gas e vapori metallici.
• Lampade fluorescenti. Queste sorgenti di luce elettrica producono radiazioni dovute al rivestimento fluorescente all'interno del corpo della lampada, che viene eccitato dalla radiazione ultravioletta di una scarica elettrica.
• Sorgenti LED (dall'inglese Light Emitting Diode). Questo tipo di sorgente luminosa è una sorgente di diodi di radiazione elettromagnetica. Si distinguono per la semplicità del dispositivo e la lunga durata. Inoltre, i loro vantaggi rispetto ad altre fonti di luce elettrica sono il basso consumo energetico e la quasi totale assenza di radiazioni termiche.

Radiazione diretta e indiretta

Le fonti dirette di luce sono strumenti, corpi naturali e organismi che possono emettere elettromagneticamente onde elettromagnetiche nello spettro visibile. Le fonti dirette includono stelle la cui temperatura raggiunge decine e centinaia di migliaia di gradi, fuoco, una lampada a incandescenza, oltre a dispositivi moderni come una TV al plasma o un monitor per computer a cristalli liquidi, che produce radiazioni indotte da micro scariche elettriche.

Un altro esempio di fonti di luce naturale diretta sono gli animali che hanno bioluminescenza. Le radiazioni in questo caso si verificano come risultato di processi chimici che si verificano nell'organismo degli esseri. Questi includono lucciole e alcuni abitanti del mare profondo.

Le sorgenti di luce indirette sono corpi che non emettono autonomamente la luce, ma sono in grado di rifletterla. In questo caso, la riflettività di ciascun corpo dipende dalla sua composizione chimica e dalle sue condizioni fisiche. Le fonti indirette sono sacre solo per il fatto che sono sotto l'influenza della radiazione elettromagnetica diretta. Se una fonte indiretta non accumula energia luminosa, allora quando smette di agire sulla luce, cessa di essere visibile.

Esempi di radiazioni indirette

Un esempio tradizionale di sorgenti luminose di questo tipo è il satellite della Terra, la Luna. Questo corpo celeste è riflesso dai raggi del sole che cadono su di esso. Attraverso il processo di riflessione, possiamo vedere sia la Luna stessa che gli oggetti che ci circondano di notte al chiaro di luna. Per la stessa ragione, visibile nel telescopio del pianeta del sistema solare, così come nel nostro pianeta - la Terra (se la guardi dallo spazio).

Un altro esempio di un oggetto di radiazione indiretta, che riflette i raggi di una sorgente luminosa, è la persona stessa. In generale, qualsiasi oggetto è una fonte di radiazione indiretta con l'eccezione di un buco nero. Il campo gravitazionale dei buchi neri è così forte che persino la luce non può uscirne.

Principali caratteristiche dei dispositivi

Le principali caratteristiche delle fonti di luce sono le seguenti:

• Flusso luminoso Quantità fisica che caratterizza la quantità di luce emessa da una fonte al secondo in tutte le direzioni. L'unità di misura del flusso luminoso è il lume.
• Intensità delle radiazioni In alcuni casi, è necessario conoscere la distribuzione del flusso luminoso attorno alla sua fonte. È questa distribuzione che descrive questa caratteristica, misurata in candela.
• Illuminazione. Viene misurato in lux e rappresenta il rapporto tra il flusso luminoso e l'area illuminata da esso. Questa caratteristica è importante per le prestazioni confortevoli di certi tipi di lavoro. Ad esempio, secondo gli standard internazionali, l'illuminazione della cucina dovrebbe essere di circa 200 lux e sono già necessari 500 lux per lo studio.
• Efficienza delle radiazioni È una caratteristica importante di qualsiasi lampada elettrica, poiché descrive il rapporto tra il flusso luminoso creato da questo dispositivo e la potenza che consuma. Maggiore è questo rapporto, più economica è considerata la lampada.
• Indice di resa cromatica. Indica quanto accuratamente la lampada riproduce i colori. Per le lampade di buona qualità, questo indice si trova nella regione di 100.
• Temperatura del colore È una misura del "candore" della luce. Pertanto, la luce con i colori predominanti rosso-giallo è considerata calda e ha una temperatura di colore inferiore a 3000 K, la luce fredda ha i colori blu ed è caratterizzata da una temperatura di colore superiore a 6000 K.

L'uso di fonti artificiali di radiazione visibile

Ogni fonte artificiale di radiazione elettromagnetica di un certo tipo viene utilizzata da una persona in un particolare campo di attività. Le aree di applicazione per le sorgenti luminose sono le seguenti:

• Le lampadine a incandescenza continuano a essere le principali fonti di illuminazione della stanza a causa del loro basso prezzo e di un buon indice di resa cromatica. Tuttavia, queste lampade sono gradualmente sostituite da lampade alogene.
• Le lampade alogene sono state concepite come apparecchi elettrici, che avrebbero dovuto aumentare l'efficienza delle lampade ad incandescenza sostituendole. Attualmente, sono usati in auto.
• Le sorgenti di luce fluorescente sono principalmente utilizzate per illuminare uffici e altri spazi per uffici a causa della loro varietà di forme e dell'emissione di luce diffusa e uniforme. L'efficienza della radiazione di questo tipo di lampade aumenta con l'aumentare della lunghezza e del diametro.

L'importanza della luce naturale per la salute umana

Per tutti gli organismi che vivono sul pianeta Terra, la rotazione del nostro pianeta e la frequenza del giorno e della notte sono processi importanti per la vita normale e il ciclo biologico. Inoltre, per essere sani, la maggior parte degli esseri viventi necessita di radiazioni solari dirette.

Se parliamo di una persona, allora la mancanza di luce solare porta allo sviluppo della depressione, così come una carenza di vitamina D, poiché l'abbronzatura ottenuta da una persona permette al corpo di assorbire questa vitamina con maggiore facilità.

I risultati di uno studio hanno dimostrato che una persona sufficientemente esposta alla luce solare diretta può ridurre e alleviare alcuni dei sintomi di alcune malattie. In particolare, i problemi associati alla depressione sono completamente o parzialmente scomparsi nel 20% dei pazienti. Naturalmente, la luce solare da sola non è una cura per la depressione, ma è parte integrante di un trattamento completo.