Номер 4, страница 26, часть 2 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

4. Какие виды искусственных источников излучения вы знаете? Расскажите об их основных характеристиках.

Искусственные источники излучения – это созданные человеком устройства, которые преобразуют какой-либо вид энергии (чаще всего электрическую) в энергию электромагнитного излучения (свет, рентгеновское, радиоволны и т.д.). В контексте освещения рассматриваются источники видимого света. Их можно классифицировать по физическому принципу, лежащему в основе генерации света.

Тепловые источники излучения

Принцип действия этих источников основан на излучении света нагретыми телами (тепловое излучение). Ярким представителем является лампа накаливания. В ней вольфрамовая нить, помещенная в стеклянную колбу с инертным газом или вакуумом, раскаляется электрическим током до высоких температур (2500–2900 K) и начинает светиться. Основные характеристики:

• Спектр излучения: непрерывный, близкий к спектру абсолютно черного тела. Он богат на желтые и красные тона, что создает "теплый" свет.
• Световая отдача (эффективность): очень низкая, около 10–17 лм/Вт. Более 90% потребляемой электроэнергии преобразуется в тепло (инфракрасное излучение), а не в видимый свет. Эффективность определяется как отношение светового потока $ \Phi_v $ к потребляемой мощности $ P $: $ \eta_v = \frac{\Phi_v}{P} $.
• Индекс цветопередачи (CRI): высокий, близок к 100, что означает естественное восприятие цветов освещаемых объектов.
• Срок службы: короткий, в среднем около 1000 часов.

Ответ: Тепловые источники, такие как лампы накаливания, генерируют свет за счет нагрева тела (например, вольфрамовой нити). Они характеризуются непрерывным спектром, низкой световой отдачей, коротким сроком службы, но отличной цветопередачей.

Газоразрядные источники излучения

В этих источниках свечение возникает в результате электрического разряда (прохождения тока) в среде газов, паров металлов или их смесей. Спектр излучения у них, как правило, линейчатый.

• Люминесцентные лампы. Электрический разряд в парах ртути низкого давления создает невидимое ультрафиолетовое излучение. Оно попадает на слой люминофора, нанесенный на внутреннюю поверхность колбы, и заставляет его светиться уже в видимом диапазоне. Характеристики: хорошая световая отдача (50–100 лм/Вт), длительный срок службы (10 000–20 000 часов), хороший индекс цветопередачи (CRI 80–95), зависящий от типа люминофора.
• Натриевые лампы. Используют разряд в парах натрия. Лампы низкого давления обладают самой высокой световой отдачей (до 200 лм/Вт), но их излучение практически монохроматическое (ярко-желтое), что ведет к крайне плохой цветопередаче (CRI < 10). Лампы высокого давления имеют лучшую цветопередачу и широко используются в уличном освещении.
• Металлогалогенные лампы. Являются разновидностью ртутных ламп, в горелку которых добавлены галогениды различных металлов. Это позволяет значительно улучшить цветопередачу (CRI до 95) и световую отдачу (70-110 лм/Вт). Используются для освещения стадионов, магазинов, в архитектурной подсветке.

Ответ: Газоразрядные источники (люминесцентные, натриевые, металлогалогенные) создают свет за счет электрического разряда в газе. Они, как правило, эффективнее ламп накаливания, имеют больший срок службы, а их спектральные характеристики и цветопередача сильно зависят от конкретного типа лампы.

Полупроводниковые источники излучения (Светодиоды, LED)

Принцип действия основан на явлении электролюминесценции – возникновении свечения при прохождении электрического тока через полупроводниковый кристалл (p-n-переход). При рекомбинации носителей заряда (электронов и дырок) выделяется энергия в виде фотона. Цвет излучения зависит от химического состава полупроводника. Для получения белого света чаще всего используют синий светодиод, покрытый слоем желтого люминофора. Основные характеристики:

• Световая отдача: очень высокая и постоянно растет, у современных моделей достигает 150–220 лм/Вт и выше. Это самый энергоэффективный тип источников света.
• Срок службы: чрезвычайно долгий, 30 000–100 000 часов.
• Компактность и прочность: малые размеры и отсутствие хрупких элементов (нитей, стеклянных колб).
• Управляемость: легко регулировать яркость (диммировать) и цвет излучения (в RGB-системах).

Ответ: Светодиоды (LED) — это полупроводниковые источники, преобразующие электрический ток напрямую в свет. Они являются самыми энергоэффективными, долговечными и компактными источниками света на сегодняшний день.

Лазеры

Лазер (оптический квантовый генератор) — это особый вид источника, который генерирует излучение на основе принципа вынужденного (стимулированного) испускания. В отличие от других источников, свет лазера обладает уникальными свойствами:

• Когерентность: все электромагнитные волны в пучке имеют согласованное протекание во времени и пространстве (синфазны).
• Монохроматичность: излучение имеет очень узкий спектральный диапазон, то есть практически одну длину волны (один цвет).
• Малая расходимость (направленность): лазерный пучок распространяется на большие расстояния почти без расширения.
• Высокая интенсивность: возможность сконцентрировать большую мощность в малом объеме.

Ответ: Лазеры — это источники когерентного, монохроматического и узконаправленного излучения, основанные на принципе вынужденного испускания. Их уникальные свойства определяют специфические области применения, отличные от общего освещения.