Fluorescence a luminiscence popisují procesy, při kterých materiály emitují fotony bez záření způsobeného teplem. Hlavní rozdíl mezi fluorescencí a luminiscencí je v tom, že luminiscence popisuje jakýkoli proces, ve kterém jsou fotony emitovány, aniž by bylo příčinou teplo, zatímco fluorescence je v podstatě typ luminiscence, kdy je foton zpočátku absorbován, což způsobuje, že atom je v excitovaném stavu. singletový stav. Když se elektron vrátí do základního stavu, je emitován foton s nižší energií.
Co je záře
Luminiscence označuje vyzařování světla z materiálů, které není způsobeno teplem. Látka, která svítí při zvýšení teploty (například pásek rozžhaveného kovu), proto nevykazuje luminiscenci.
Světlo je emitováno, když elektron v excitovaném stavu „spadne“ do základního stavu. Když k tomuto procesu dojde, je emitován foton nesoucí množství energie rovné energetické mezeře mezi stavy. Energie nesená fotonem určuje jeho vlnovou délku: pokud je vlnová délka ve viditelné oblasti elektromagnetického spektra, pak je viditelné „světlo“.
Chemiluminiscence je typ luminiscence, kdy je světlo emitováno v důsledku chemické reakce. Během chemiluminiscence chemická reakce produkuje atomy s elektrony v excitovaných stavech. Světlo je vyzařováno, když spadnou do základního stavu. Například luminol je chemická látka, která prochází chemickou reakcí za vzniku molekuly s elektrony v excitovaném stavu. Železo přítomné v hemoglobinu v krvi může působit jako katalyzátor této reakce. Místa činu se proto často stříkají luminolem, aby se zjistilo, zda tam nejsou stopy krve. Pokud byla přítomna krev, vytvoří se namodralý odstín, který je vidět ve tmě několik sekund.
Luminol (smíšený s peroxidem vodíku) může ve tmě vytvářet výraznou záři, pokud je přítomen hemoglobin
Luciferin je chemická látka přítomná ve světluškách, která po oxidaci vytváří záři. Podobně je záře v medúzách produkována sloučeninou aequorin.
Elektroluminiscence je dalším typem luminiscence, ke které dochází, když se elektrony, které jsou urychlovány silnými elektrickými poli, srazí s materiálem a způsobí ionizaci materiálu (jako v případě plynových výbojek), nebo když se elektrony a díry rekombinují v polovodičovém materiálu. .
Co je fluorescence
Fluorescence je sama o sobě druhem světla nazývaného fotoluminiscence. Zde jsou elektrony nejprve excitovány externím fotonem. Excitovaný elektron může mít stejný spin jako na úrovni země nebo opačný spin. Když jsou spiny všech elektronů v systému spárovány, říká se, že systém je ve stavu singletu. Když existuje sada elektronů s nepárovými spiny, říká se, že systém je v tripletovém stavu.
Excitovaný elektron se pak může vrátit na zemskou úroveň a emitovat foton. Když je elektron v excitovaném tripletovém stavu, pokud emituje foton, aby se vrátil do základního stavu, proces se nazývá fosforescence. Když je elektron v excitovaném singletovém stavu, když emituje foton, aby se vrátil na zemskou úroveň, proces se nazývá fluorescence. Ve srovnání s fosforescencí tráví elektrony ve svých excitovaných stavech mnohem kratší dobu fluorescence.
Fluorescenční proces probíhá v několika fázích. Nejprve excitovaný elektron upadne do stavu nižší vibrační energie v procesu zvaném relaxace. Foton je pak emitován, když elektron dopadne na základní stav. Po emisi fotonu elektron opět podstoupí relaxaci, aby klesl na nejnižší vibrační energetickou hladinu v základním stavu.
Všimněte si, že během procesu relaxace elektrony ztrácejí energii, ale nejsou emitovány žádné fotony. Proto fotony emitované během fluorescence nesou méně energie ve srovnání s absorbovaným fotonem. Výsledkem je, že emisní spektrum materiálu podléhajícího fluorescenci je posunuto směrem k delším vlnovým délkám ve srovnání s absorpčním spektrem. Tento posun vlnových délek se nazývá Stokesův posun.
U zářivek se ultrafialové vlny nejprve vytvářejí průchodem elektrického proudu plynem. UV paprsky pak způsobují fluorescenci v povlaku naneseném na vnitřek žárovky.
Fluorescenční efekty svítí zářivky
Rozdíl mezi fluorescencí a luminiscencí
Механизм
Luminiscence označuje jakýkoli mechanismus, kde jsou generovány fotony bez vstupu tepla.
Fluorescence se týká specifického typu luminiscence, kde energie k produkci fotonu pochází z absorpce fotonu s vyšší energií. V mezistupních se vytváří excitovaný singletový stav.
Časový rámec
V procesu luminiscence může být foton obecně emitován kdykoli. Životnost elektronu v excitovaném stavu se může proces od procesu lišit.
Při fluorescenci je životnost excitovaného stavu velmi krátká. V důsledku toho jsou fotony emitovány z atomů brzy poté, co jsou dopadající fotony absorbovány.
Zářivky (zářivky). Typy a zařízení. Práce
V moderní době se zářivky staly široce používanými mezi jinými typy svítidel. Již v 70. letech začaly ve výrobě a v různých institucích nahrazovat klasické žárovky. Mají poměrně vysokou účinnost a poskytují vysoce kvalitní osvětlení místností a prostor.
Zářivka je zdroj světla získávaný ze záře plynových výbojů. Skládá se ze skleněné trubice, na jejímž vnitřním povrchu je nanesena vrstva fosforu. Na koncích trubice jsou elektrody ve formě spirál. Inertní plyn a páry rtuti jsou čerpány do dutiny trubice. Pod napětím se na elektrodách v lampě vytvoří plynový výboj, proud prochází rtuťovými parami a dochází k záři.
Technologie výroby těchto lamp se neustále zdokonaluje, zmenšují se velikosti, zvyšuje se jas a kvalita světla. Od roku 2000 se takové lampy používají v domácnostech. V současné době se lampy nazývají zářivky. V podstatě a principu fungování se jedná o stejné lampy. I když se používá i starý název, proto se v různé literatuře nazývají různě.
Typy zářivek a jejich konstrukce
U nás se energeticky úsporným zářivkám říká (zářivkové) zářivky pro domácí použití. Mnoho lidí neví, že spirálové žárovky, které se používají v každodenním životě a nazývají se energeticky úsporné, jsou založeny na principu zářivek. Energetická účinnost osvětlovacích zařízení je rozdělena do dvou tříd: A a B.
Nejsprávnější by bylo klasifikovat zářivky podle různých kritérií. S ohledem na technologii výroby a rozsah použití se rozlišují následující typy žárovek:
- Standardní zářivky o průměru 26 mm s několika vrstvami fosforu.
- Zářivky kompaktní velikosti, s trubicí různých konfigurací, také potažené fosforem.
- Speciální lampy.
Zářivky jsou také rozděleny podle dalších kritérií:
- Spotřeba energie energie.
- Světelný tok.
- Barevná teplota.
- Index vykreslení barev.
- Délka lampy.
- Velikost základny.
- Typ připojení.
- Umístění startéru. Umístí se do těla lampy nebo svítidla.
Hlavním prvkem zářivek jsou páry rtuti v nízkých koncentracích. Když jimi prochází elektrický proud, vzniká ultrafialové záření. Fosfor je chemická látka nacházející se na vnitřním povrchu trubice lampy, která přeměňuje ultrafialové záření na světlo viditelné okem. Kvalita světla závisí na složení fosforu.
Princip
Po zapnutí napájení se ve startéru vytvoří malý doutnavý výboj, pod jehož vlivem se elektrody zahřívají.
Jedna z elektrod je vyrobena z bimetalového materiálu. Při zahřátí se ohne a dotkne se další elektrody. V důsledku toho se elektrický proud v obvodu prudce zvýší a výboj ve startéru se zastaví. Zvyšující se proud ohřívá elektrody zářivky. začnou uvolňovat elektrony. Toto je příprava na spuštění lampy.
V tomto okamžiku se elektrody ve startéru ochladí, bimetalový prvek se narovná a mezi elektrodami se objeví mezera. Proud v obvodu je výrazně snížen. V induktoru se objeví okamžité zvýšené napětí, které se nazývá samoindukční napětí. Zabraňuje tomu, aby tento proud klesal. Když se sečte s napětím obvodu, samoindukční napětí tvoří krátký napěťový impulz v lampě, který stačí k vytvoření elektrického výboje v plynu.
Nejprve k výboji dochází v argonu a poté, když se plyn zahřeje, ve rtuťových parách. Když lampa svítí, napětí na elektrodách, a tedy na elektrodách startéru připojeného k lampě v paralelním obvodu, je menší než napětí obvodu o velikost samoindukčního emf, který se objeví v induktoru, když lampa se rozsvítí.
Tlumivka je proto určena nejen ke spouštění zářivky, ale také k zamezení neomezeného nárůstu vybíjecího proudu. Pokud by neexistovala tlumivka, pak by se zvýšením proudu lampa zkolabovala nebo by selhaly pojistky napájení bytu.
Kondenzátor С1 ve startovacím obvodu je navržen tak, aby potlačoval rušení vysokofrekvenčních vln. Kapacita С2 slouží ke zvýšení účiníku.
Vlastnosti a výhody zářivek
Ultrafialové záření způsobuje, že fosfor září světlem viditelným pro lidské oko. Sklo žárovky neumožňuje unikání škodlivého ultrafialového záření. To chrání naše oči.
Germicidní lampy mají ve svém designu křemenné sklo, které snadno propouští ultrafialové záření. Takové lampy se používají pro dezinfekci a ošetření křemenem v prostorách v lékařství. Lampy s amalgámem kadmia a dalšími prvky jsou dnes široce používány. V nich se snižuje tlak rtuti, v důsledku čehož se teplotní rozsah světelného výkonu rozšiřuje na 60 stupňů. Pro čistou rtuť je tato hodnota 25 stupňů.
Když se teplota vzduchu zvýší nad 25 stupňů, zvýší se teplota stěn lampy a tlak rtuťových par a světelný tok se sníží. Světelný tok se s klesající teplotou a tlakem par ještě více snižuje. To ztěžuje spouštění lamp. Proto je v chladném počasí použití zářivek omezené.
K vyřešení tohoto problému byla vyvinuta konstrukce pro bezrtuťové zářivky, ve kterých je tlak inertního plynu nízký. V nich začne fosforová vrstva zářit ze záření o vlnové délce 58-147 nanometrů. Protože tlak plynu v takových lampách nezávisí na teplotě vzduchu, světelný tok se nemění. Dnes existují lampy nové generace T5. Jsou kompaktnější a používají vysokofrekvenční startér.
Čím delší lampa, tím silnější světelný tok. K tomu dochází v důsledku snížení ztrát anody a katody ve světelném proudu. Proto je výhodnější použít jednu 36W žárovku než 2 18W žárovky. Životnost takových výbojek je omezena rozprašováním katod. Životnost snižuje i kolísání napájecího napětí a časté spínání.
Hodnota
Zářivky jsou široce používány díky tomu, že mají významné výhody ve srovnání s jednoduchými žárovkami.
- Zvýšená účinnost. Světelná účinnost je 10x vyšší než u žárovek, účinnost je 25% ve srovnání s žárovkami – 7%.
- Dlouhá životnost – až 20000 XNUMX hodin.
Omezení
- Aby lampa správně fungovala, je nutné připojení předřadníku.
- Stabilní provoz lampy závisí na teplotě vzduchu.
Emise světla má na člověka významný vliv jak psychický, tak fyziologický, ale častěji prospěšný. Denní světlo je považováno za nejprospěšnější. Ovlivňuje procesy lidského života, metabolismus, fyzický vývoj atd. Umělé osvětlení se liší od denního světla. Žárovky vyzařují žluté a červené spektrum světla, není tam ultrafialové, takže jsou považovány za teplé světelné zdroje.
Další výhodou zářivek je schopnost produkovat světlo různého spektra, od teplého až po denní. Díky tomu je barevná paleta domácího života bohatší. Pro různé oblasti použití se doporučují různé barvy.
Jak se vyrábějí zářivky?
Tato lampa byla vynalezena v roce 1909. Až dosud se jeho design zásadně nezměnil. Jejich výroba je složitý proces. Potřebujeme mechanickou choreografii, která zahrnuje svařování a tavení, stejně jako ohýbání, pájení a lakování.
Technologický proces začíná skleněnými trubicemi. Před tím se důkladně umyjí v teplé vodě, aby se odstranily nečistoty a nečistoty. Dále dostanou trubky specifický tvar. Zahřívají se půl minuty, pak se rychle ohýbají podle šablony. Automat ohýbá trubky rychlostí 14 kusů za minutu.
Zakřivené trubice jdou do komory, kde je na vnitřní povrch nanesena malá vrstva fosforu. Fosfor tvoří světelný tok přeměnou ultrafialového světla vznikajícího při ionizaci rtuťových par. Přebytečný fosfor je z okrajů trubice odstraněn pro následné pájení.
Nyní musíte nainstalovat součásti elektrického obvodu. Katodové zařízení se vyrábí pomocí automatického montážního stroje. Proud jimi bude protékat. Vodiče dostanou požadovaný tvar, poté se zahřejí na určitou teplotu. Toto je příprava na další krok, protože je důležité zabránit přenosu katodového povlaku na kolíky.
Vlákna lampy jsou vložena do držáku. Emisní látka má v tomto procesu velký význam. Vyzařuje elektrony, které se podílejí na vzniku světelného toku. Dalším krokem je připojení stojanu a skleněné trubice. Pájení se provádí při vysoké teplotě.
Nyní zbývá nejdůležitější proces, při kterém je vzduch z trubice odčerpáván a naplněn inertním plynem. Při stejné operaci se do trubice vstříkne kapka rtuti, která je velmi důležitá pro vznik světla.
Dalším krokem je umístění vodičů pro instalaci uzávěru, který zakrývá trubici. Víčko vytváří elektrický kontakt a pasuje na konec tuby. Musí být absolutně těsné, aby nedocházelo k úniku. Lampa je nyní připravena.
Každý vzorek lampy je umístěn na testovacím kolečku pro kontrolu kvality.
Po pečlivé kontrole jsou zářivky transportovány do obalu. Tato operace vyžaduje nezbytnou přesnost a obratnost. Pomocí fosforu, rtuti a foukaček je vyrobeno zařízení, které se v minulém století nezměnilo.
Světlo je víc než jen osvětlení. A přesvědčivým potvrzením atomu je široká škála moderních LL ultrafialového (UV) a speciálního spektra.
Poznámka.
Unikátní kombinace optického (světelného a UV) záření ze rtuťového výboje a viditelného světla generovaného fosforem umožňuje vytvářet LL s téměř libovolnými spektrálními vlastnostmi.
Díky vytváření a zdokonalování umělých zdrojů UV záření mají specialisté pracující s UV zářením podstatně větší možnosti než při využití přirozeného optického záření (RO).
Spektrum transatmosférického Slunce v UV oblasti je stabilní, dobře prostudované a sahá od 400 do 210 nm (spojitá složka). Rozsah UV záření je obvykle rozdělen do tří podrozsahů (obr. 9.9): „A“ – 320–400 nm; “B” – 280–320 nm; “C” – 180–280 nm.
Obr. 9.9. Podrozsahy ultrafialového záření
Poměr toků slunečního záření ve třech rozsazích UV oblasti je uveden v tabulce. 9.17.
Krátkovlnné UVC záření tedy bez ohledu na roční dobu, den nebo stav atmosféry v přírodě chybí. S malým zlomkem středovlnného UVB záření v přirozeném spektru ozáření převažuje dlouhovlnné UVA záření. V závislosti na úhlové poloze Slunce a stavu atmosféry se poměr záření ve dvou naznačených rozsazích mění jen velmi málo.
Vývoj a výrobu UV lamp pro fotobiologická zařízení (UFBD) v současné době provádějí:
♦ řada největších výrobců elektrických lamp (Philips, Osram, Radium, Sylvanianflp);
♦ velké množství zahraničních vysoce specializovaných společností, například Original Hanau, UV-Technik, Wedeco AG (Německo), Hanovia (USA), Lighttech Ltd (Maďarsko) atd.
♦ několik ruských výrobců UV lamp pro UVBD: JSC Lisma-VNIIIS (Saransk), NPO LIT (Moskva), JSC SKB Ksenon (Zelenograd), LLC VNISI (Moskva).
Nabídka UV lamp pro UVBD je velmi široká a pestrá; například přední světový výrobce PHILIPS má více než 80 typů.
Poznámka.
Na rozdíl od osvětlovacích lamp mají zdroje UV záření zpravidla selektivní spektrum navržené pro dosažení maximálního možného efektu pro konkrétní fotonický proces.
Na Obr. Obrázek 9.10 představuje klasifikaci umělých zdrojů UV záření podle oblasti použití. Hlavní oblastí použití UV lamp je bezesporu již řadu let UVBD pro dezinfekci vzduchu.
Obr. 9.10. Klasifikace umělých zdrojů UV záření podle oblasti použití
Mimo konkurenci pro tyto účely byly a zůstávají nízkotlaké rtuťové výbojky s plynovými výbojkami v křemenném nebo uviolovém skle, emitující až 253,7 % spotřebované elektrické energie v rtuťové rezonanční čáře 40 nm, která se nachází v blízkosti maxima spektra baktericidní působení.
Lampy pro osvětlení akvárií
Podívejme se na některé řady speciálních lamp. Řada OSRAM FLUORA* LL má speciální záření s převládající modrou a červenou složkou, podobné záření, které podporuje fotochemické procesy. Díky tomuto záření se růst rostlin znatelně urychlí. Tyto lampy jsou určeny pro osvětlení rostlin a akvárií. Svítidla této řady jsou vyrobena na bázi trubice o průměru 26 mm. Technické vlastnosti těchto zářivek jsou uvedeny v tabulce. 9.18.
PHILIPS vyrábí řadu speciální lampy pro akvária – akvarel (Vodové barvy). Speciální emisní složení této zářivky je ideální pro zprostředkování krásy ryb a rostlin ve sladkovodním akváriu.
Světlo z akvarelových lamp je svým spektrálním složením velmi blízké přírodnímu. To poskytuje optimální podmínky pro fotosyntézu a tvorbu chlorofylu. Další výhodou akvarelových lamp je výjimečně vysoká hustota energie záření v modré části spektra. Dobře vyvážené emisní spektrum stimuluje tvorbu kyslíku a má také příznivý vliv na akvarijní rostliny a ryby a zajišťuje dobré podání barev.
Výbojky jsou určeny pro použití se střídavým proudem se standardními nebo vysokofrekvenčními předřadníky. V tabulce 9.19 ukazuje celkové rozměry lamp této řady a tabulky. 9.20 – jejich technické vlastnosti.
V závislosti na individuálních preferencích mohou být akvarelové lampy použity ve spojení s PHILIPS TL-D / 80 New Generation nebo TL-D / 90 De Luxe lampami k vytvoření různých vizuálních zážitků, aniž by byly ohroženy biologické vlastnosti záření akvarelových lamp.
Lampy pro dekorativní osvětlení
Barevná svítidla červená, zelená, žlutá, modrá, určená pro světelný design pro dekorativní účely, jsou k dispozici v sortimentu všech předních výrobců LL. V tabulce Tabulka 9.21 ukazuje hlavní charakteristiky barevných žárovek OSRAM a tabulky. 9.22 a tabulka. 9.23 ukazuje hlavní charakteristiky barevných žárovek PHILIPS.
