ОТ ЛУЧИНЫ ДО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

ХОЛОДНЫЙ СВЕТ ЧТО ТАКОЕ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ

А возможность создания светильников холодного света указывал ещё великий русский учёный М. В, Ломоносов.

«Надо подумать,— писал он,— о безвредном свете гниющих деревьев и светящихся червей. Затем нужно написать, что свет и теплота не всегда взаимно связаны и потому различествуют».

В течение многих лет холодное свечение тел изучал академик В. В. Петров.

Что же представляет собой холодный свет?

Если вы бывали в летнюю ночь в лесу, то, наверное, видели светлячков. Эти маленькие живые фонарики све­тятся то тут, то там — в траве, на листьях деревьев. Такой «фонарик» можно брать в руки, не боясь обжечься. Источ­ником света у светлячка служит небольшое пятнышко на спинке: оно испускает холодный зелёный свет.

Светлячок — не единственный пример холодного све­чения в окружающей нас природе. Встречаются также светящиеся черви, жуки. В глубоких слоях морей н океа­нов живут рыбы, имеющие на своём теле «лампы» холод­ного света (рис. 24). Известны светящиеся бактерии. Всем хорошо анакомо, как светится в темноте гнилое дерево. Светятся холодным светом растворы некоторых органи­ческих красок и другие химические вещества.

Во всех этих случаях мы наблюдаем свет при отсут­ствии огня и тепла. Такое свечение называют люми­несценцией (от латинского слова люмен — свет). При этом свет возбуждается не тепловой, а какой-ни­будь другой формой энергии — химической, лучистой, электрической. Другими словами, тело светится без на­гревания.

Различают несколько видов люминесцентного све­чения.

Когда в свет превращается химическая энергия, то та­кое явление относят к так называемой хемилюминес - ц е н ц и и. Именно этот вид люминесценции мы видим в свечении рыб, насекомых, при гниении дерева. Во всех этих случаях протекают химические и биохимические про­цессы, которые и являются источником лучистой энергии.

Как теперь установлено, в организмах таких живот­ных вырабатывается особое вещество — люциферин. Люциферин окисляется кислородом воздуха. Выделяю­щаяся при этом химическая энергия возбуждает элек­троны в частицах вещества и таким образом преобра­зуется в свет.

Явления хемшиоминесценции очень интересны и, ве­роятно, в будущем на этой основе будут созданы источ­ники света. В современных же лампах холодного света используются два других вида люминесценции.

Один из этих видов — свечение разреженных газов или паров при пропускании через них электрического тока. Это явление первым изучал ещё М. В. Ломоносов. Выяс­няя природу полярных сияний, он делал такой опыт: вы­качивал из стеклянного шара воздух и пропускал через разреженный воздух, оставшийся в шаре, электрический разряд. «Возбуждённая электрическая сила в шаре, из которого воздух вытянут,— писал учёный,— внезапные лучи испускает, которые во мгновение ока исчезают и в то же почти время новые на их места выскакивают, так что беспрерывное блистанье быть кажется».

Дальнейшее изучение свечения разреженных газов под действием электрического тока привело к созданию газо­светных, пли газоразрядных, ламп. Первые та­кие лампы были построены ещё в XIX веке.

Обычно газоразрядная лампа — это трубка из стекла или кварца, в которую по краям впаяны два электрода (см. рис. 25); через них к лампе подводится электрический ток. В качестве газа, заполняющего газоразрядную трубку, теперь используются аргон, неон, гелий, пары ртути, пары натрия и другие.

Такой трубке можно придавать любую форму.

Когда через газоразрядную трубку пропускается элек­трический ток от одного электрода к другому, в ней про­носится поток электрически заряженных частиц — элек­тронов и ионов. Сталкиваясь с атомами газа, эти частицы приводят их в возбуждённое состояние, и в трубке возни­кает свечение.

Обычно люминесцирующий газ излучает лучи какого - либо одного, небольшого участка спектра, например красные или синие. Такой свет дают газоразрядные трубки, применяющиеся теперь очень часто для рекламы, для иллюминации во время праздников, для сигнализации и некоторых других целей.

Особенно широко применяются газоразрядные трубки, заполненные неоном или аргоном. Трубки с неоном све­тятся красным, а трубки с аргоном (в присутствии паров ртути) — синим цветом.

Из них выполняют, например, различные цветные над­писи на зданиях, которые теперь часто можно видеть в больших городах.

Газосветные лампы экономичнее ламп накаливания в несколько раз. Однако значение их как источников осве­щения оказалось небольшим. Дело в том, что все они, в большей или в меньшей степени, дают свет, далёкий от дневного, к которому привыкли наши глаза.

Кроме того, свет газоразрядных ламп заметно пульси­рует, «мигает», что также служит серьёзным недостатком, если применять такую лампу для освещения. Причина этого явления кроется в том, что через трубку пропус­кается переменный ток, который обычно используется в технике.

Каждую секунду такой ток сто раз изменяется по своей величине. Соответственно этому изменяется и яркость свечения газа в трубке.

Проблема дневного света была решена на пути исполь­зования другого вида люминесценции — явления так на­зываемой фотолюминесценции.

При хемилюминесценции источником свечения служит энергия химических реакций. В газоразрядной трубке хо­лодное свечение возникает за счёт энергии электрического тока. Что же служит источником холодного света при фотолюминесценции?

Оказывается... также свет.

Но для чего же нужно, спросите вы, получать свет за счёт света? Есть ли в этом какой смысл?

Оказывается, есть.

Дело заключается в том, что, освещая какое-то люми - несцирующее тело лучами с одной длиной волны, мы по­лучаем холодный свет с другой длиной волны. Например, есть такая органическая краска — флуоресцеин. Если вод­ный раствор этой краски освещать невидимыми ультра­фиолетовыми лучами, то он будет светиться видимым яр­ким зелёным цветом.

Таким свойством обладают и многие другие жидкости, нанример керосин. Посмотрите на его поверхность, осве­щённую солнцем: она имеет синеватый оттенок. Объяс­няется это тем, что керосин поглощает лучистую энергию солнца и часть её снова излучает.

И вот что при этом существенно. Свет, поглощаемый люминесцирующим веществом—л юминофором, имеет всегда меньшую длину волны, чем свет, им излучаемый. Это основной закон фотолюминесценции. Он и позволяет нам преобразовывать невидимое излучение в видимое или видимый свет одного цвета в видимый же свет другого цвета.

Как же было использовано в светотехнике явление фо­толюминесценции?

Для этого были применены не люминесцирующие жидкости, а твёрдые люминофоры, или так называемые фосфоры. К числу таких веществ относится, например, химическое соединение цинка и серы — сернистый цинк, смешанный с небольшим количеством некоторых тяжёлых металлов.

Подобно раствору флуоресцеина и некоторым другим жидкостям, фосфоры также светятся под действием неви­димых ультрафиолетовых лучей. Твёрдый люминофор мо­жет излучать целый участок сплошного спектра. Цвет свечения зависит от состава фосфора.

В новых выпускаемых сейчас нашей промышленностью люминесцентных лампах, или, как их часто называют, лампах «дневного света», используются два явления — свечение разреженных газов при пропускании электриче­ского тока и явление фотолюминесценции.

Среди газоразрядных трубок уже давно были известны трубки, заполненные парами ртути. Свет этих ламп, по сравнению с другими газосветными трубками, ближе всего подходит к белому. Однако он всё же далёк от дневного. Кроме того, в излучении ртутных ламп очень много ультрафиолетовых лучей. Поэтому такие лампы применя­лись и применяются теперь главным образом не для осве­щения, а для иных, специальных целей. Широкой изве­стностью пользуются, например, ртутные газосветные лампы для лечения многих заболеваний как источник ультрафиолетовых лучей. Они известны под названием «горное солнце». Вместо обычного стекла в таких лампах применяется кварцевое стекло, хорошо пропускающее ультрафиолетовые лучи.

Вместе с тем именно эти лампы и стали, основой для создания ламп «дневного света». Недостаток ртутной лампы (как источника света) — обилие в её излучении ультрафиолетовых лучей — оказался её достоинством.

Произошло это после того, как учёными было найдено простое и очень удачное решение: использовать в газо­разрядной ртутной трубке явление фотолюминесценции. В Советском Союзе эта задача была решена академиком С. И. Вавиловым. Вот как это осуществлено практически. Новая люминесцентная лампа — это газоразрядная ртут­ная трубка, сделанная из обычного стекла, заполненная смесью паров ртути с аргоном. На внутреннюю поверх­ность её нанесён тонкий слой люминофора, который со­стоит из смеси различных фосфоров. Люминофор погло­щает ультрафиолетовые лучи и светится ярким белым светом, очень близким к дневному.

В настоящее время нашей промышленностью выпус­каются в массовых количествах два вида люминесцентных ламп — лампы «ДС» и лампы «БС». Лампы «ДС», что значит лампы дневного света, дают свет близкий к рас­сеянному дневному, а лампы «БС», т. е. белого света — свет несколько более жёлтый. Находят также применение лампы «мягкого белого света», они дают свет розоватого оттенка.

Изменяя состав люминофоров, можно получить излу­чение любого цвета и оттенка.

Новые лампы уже сейчас в несколько раз более эконо­мичны, чем лампы накаливания, теплопотери в них очень невелики. Это действительно лампы холодного света. Свет люминесцентных ламп несравненно более близок к днев -

Стартер

Ному, чем свет какого-либо другого искусственного источ­ника. Только с появлением этих ламп была успешно ре­шена проблема работы в ночные часы на таких предприя­тиях, где необходим дневной свет.

Срок службы новых ламп очень большой — не менее 1500 часов.

Таковы положительные качества люминесцентных ламп. Имеют они пока и свои отрицательные стороны.

К числу последних надо отнести, например, то обстоятель­ство, что лампы дневного света удовлетворительно рабо­тают лишь при достаточно высокой температуре (от

15 градусов и выше). Зажигание люминесцентных ламп значительно сложнее, чем ламп накаливания. Схема включения такой лампы приведена на рис. 27. Но положи­тельные качества новых ламп несомненно покрывают эти недостатки.