Fényforrás

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Szűkebb értelem fényforrásnak nevezünk minden eszközt, amely látható fény előállítására szolgál. Tágabb értelemben ide értjük az ultraibolya és infravörös fényt kibocsátó tárgyat is.

Ez alapján megkülönböztethetők elsődleges fényforrások, amelyek a sugárzás kibocsátói, illetve másodlagos fényforrások, amelyek más fényforrások fényét verik vissza; tükrözik, szórják. Működési elv szerint léteznek természetes, kémiai, égésalapú, elektromos és egyéb fényforrások.

Sarki fény (Aurora borealis)

Természetes fényforrások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Villám
Kristály medúza
  • Biolumineszcencia
    Élő organizmusokon belüli fénysugárzással járó reakció.
  • Tribolumineszcencia
    Egyes anyagok fényt bocsátanak ki magokból, ha megkarcolják, megdörzsölik vagy összetörik őket.
  • Magma
    Vulkáni tevékenység során keletkező képlékeny, izzó kőzet. Nem egynemű anyag, így hőmérséklete nagyon változó, annak függvényében, hogy mennyi hő szükséges egy adott kőzettömeg megolvadásához. Az izzó kőzet vöröses-narancssárgás fényt bocsát ki.

Kémiai fényforrások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kemolumineszcencia
  • Kemolumineszcencia
    A kemolumineszcens fénykibocsátás azokat a kémiai reakciókat kíséri, amelyeknek valamelyik terméke gerjesztett állapotban jön létre, s annak megszűnése egy fénykvantum keletkezésével jár.
  • Fluoreszcencia
    A fluoreszcens anyag molekulái adott energiájú fény elnyelésekor magasabb energiájú állapotba kerülnek, majd visszaállnak nyugalmi helyzetükbe, de közben a felvett energia egy részét fény formájában adják le. Az energia egy része a folyamat során elvész, a kibocsátott fény kisebb energiájú, vagyis nagyobb hullámhosszú lesz, mint a gerjesztő fény.
  • Foszforeszcencia
    A jelenség hasonlít a fluoreszcenciához, de a foszforeszcens anyagoknál az újra kibocsátott fény jelenléte tartósabb, a világítás a beeső fény kikapcsolása után több másodpercig, vagy akár percekig is eltart.

Égés alapú fényforrások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fáklya
Karbidlámpa
  • Karbidlámpa
    A karbidlámpában a karbid és víz reakciójából acetilén gáz keletkezik, ami meggyújtva erős fénnyel világít.
  • Olajlámpa
    Az első olajlámpa (mécses) több mint hatezer éve készült. Formája, előállítási módja az évszázadok során sokat változott. A működéséhez szükséges olajat igen változatosan állították elő a területi adottságoknak megfelelően, pl. növényi magvakból, répából, csalánból kivonnt olaj, bálna- és halolaj, nyers kőolaj.
  • Petróleumlámpa
    Az egyszerűbb petróleumlámpák az olajlámpákhoz hasonlóan pamut kanóccal működtek. A másik változatban egy fémsókkal átitatott gázharisnya van, ami lánggal melegítve felizzik. Eleinte tóriumsókat használtak. A tórium bomlásakor a radon 220-as izotópja keletkezik, ezért ma már főleg ittriumot és cirkóniumot használnak helyette.

Elektromos fényforrások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Izzólámpa

Izzólámpa[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Volfrám izzó
    Fényét egy vákuumban, vagy semleges gázban izzó spirál alakú volfrámszál adja. Főleg az infravörös tartományban sugároz, a látható fény csak a kibocsátott elektromágneses hullámok kis hányadát teszi ki, így hatásfoka igen alacsony. Spektruma Planck törvényből adódóan folytonos. Kiváló színvisszaadása és alacsony ára miatt a legelterjedtebb elektromos fényforrás. Tipikus fényhasznosítás: 9-15 lm/W
  • Halogén izzó
    A lámpa burájába halogén elemet (jódot vagy brómot) juttatnak. Spirálja a volfrám izzóénál magasabb hőmérsékletű, ezért a burát keményüvegből, vagy kvarcból készítik. Tipikus fényhasznosítás: 15-30 lm/W. Gyakran hivatkoznak rá, mint energiatakarékos izzóra, jobb fényhasznosítása miatt. A kompakt fénycsöveket csak tévedésből nevezik energiatakarékos izzónak; azok energiatakarékos fényforrások.
LED-ek

Elektrolumineszcencia[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Félvezető kristályt akceptor és donor atomokkal adalékolva egy p és egy n típusú réteget alakítanak ki. Ha az így kialakult p-n átmenetre nyitóirányú feszültséget kapcsolunk, az n rétegből elektronok vándorolnak a p rétegbe, ahol lyukakkal rekombinálódnak. A rekombináció eredményeként energia szabadul fel, amely (az anyag szerkezetétől függő) meghatározott hullámhosszúságú fény formájában sugárzódik ki. Tipikus fényhasznosítás: 30-60 lm/W, azonban van olyan fehér LED amelynek a fényhasznosítáa eléri a 150 lm/W értéket is. Jelenleg még elsősorban jelzőlámpa funkciójukat használják, nagy megbízhatóságuk és a viszonylag hideg fény-előállítás miatt.

Kisnyomású gázkisülő lámpák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Fénycsövek

Kisnyomású nemesgáz illetve higanygőz gerjesztéssel állítják elő a sugárzást, rendszerint ultraibolya sugárzást, amit a bura falra felvitt fénypor segítségével látható fénnyé alakítanak. Jellegzetességük, hogy a kibocsátott fény spektruma nem folytonos, hanem vonalakból áll.

Neon glimmlámpák
Kén indukciós lámpa
  • Készíthető egy gázterű háromelektródás fénycső, vagy kis- illetve nagynyomású fémgőz lámpa is. Induktív előtétekkel az 50 Hz-es háromfázisú hálózat vonali feszültségei közé kapcsolva,a három elektróda között folyamatos (forgó) kisülést létesít. A kisülőcsőben kialakuló folyamatos ionizáció miatt nyugodtabb a fénye és jobb a hatásfoka,mint a hagyományos kételektródás, egyfázisú megoldásoknak.
  • Fénycsövek
    A fénycsőben alacsony nyomású nemesgáz vagy higanygőz található, ami elektromos árammal való gerjesztés hatására fényt bocsát ki. A lámpa színét az alkalmazott nemesgáz határozza meg. Széles körben elterjedt, jó hatásfokú alakú fényforrás. Gyakran tévesen neon-csőnek nevezik. A neoncső reklámvilágításra szolgál. Tipikus fényhasznosítás: 60-95 lm/W
  • Kompakt fénycsövek
    Az egyenes cső helyett, hajlított, vagy több kisebb csőből összeállított fénycső. Gyakran használnak beépített elektronikus előtéttel ellátott változatokat. Ezeket néha tévesen "energia takarékos izzónak" nevezik. Tipikus fényhasznosítás: 50-80 lm/W. A fénycső és a kompakt fénycső közötti különbség részben a hajlítás módjában van, részben a gerjesztési frekvenciában (a kompakt fénycsöveket kb. 50 kHz frekvenciával gerjesztik)
  • Indukciós lámpa
    Az indukciós lámpában a fénygerjesztés azonos módon történik, mint a fénycsövekben, az elektromos energia betáplálásában van lényeges különbség. Ezek a fényforrások nem tartalmaznak elektródokat, a kisüléshez szükséges villamos mezőt nagyfrekvenciás áram gerjeszti, ami egy tekercsben folyik. A tekercs nem érintkezik közvetlenül a kisülési térrel, hanem a burának egy kesztyűujjhoz hasonló betüremkedő részében helyezkedik el. Tipikus fényhasznosítás: 50-80 lm/W
  • Nátrium lámpa
    A legmagasabb fényhasznosítású, elterjedt fényforrás. Fénye monokromatikus, ezért nem teszi lehető a különböző színek megkülönböztetését. Magyarországon nem használják. Tipikus fényhasznosítás: 200 lm/W
Higanylámpa

Nagynyomású gázkisülő lámpák[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Igen nagy felületi fényességű nagy fényhasznosítású fényforrások. Kis teljesítményű változataik ritkák. (<250W)

  • Készíthető egy gázterű három elektródás nagynyomású kisülőcső is. Induktív előtétekkel,az 50 Hz-es háromfázisú hálózat vonali feszültségei közé kapcsolva, a három egymástól egyenlő távolságban elhelyezett elektróda között folyamatos ( forgó ) ívkisülés létesül. A kisülőcsőben kialakuló folyamatos ionizáció miatt , nyugodtabb a fénye, és jobb a hatásfoka mint a hagyományos egyfázisú kételektródás megoldásoknak.
  • Higanylámpa
    Az egyik legrégebbi nagy nyomású lámpa. Közvilágításban még alkalmazzák, de visszaszorulóban van. Színe jellegzetesen sápadt fehér. Tipikus fényhasznosítás: 50 lm/W A lámpában lévő higany teljes elpárolgásához, gőzzé alakulásához néhány percre van szükség, a lámpa csak ez után világít teljes fényével. A kikapcsolt lámpa viszont csak akkor gyújtható be újra, ha teljesen lehűlt.
  • Nagynyomású nátriumlámpa
    Közvilágítási célra a legelterjedettebben használt fényforrás, elsősorban gazdaságossága, és magas élettartama miatt. Színe narancsárga, színvisszaadása gyenge. Tipikus fényhasznosítás: 130 lm/W
Fémhalogén lámpák
  • Fémhalogén lámpa
    Különböző fémek jodidjaival, néha bromidjaival adalékolt lámpa. Különböző fémek kombinációjával egyedi színeket vagy kiváló színvisszaadást tesz lehetővé. Tipikus fényhasznosítás: 90-110 lm/W
  • Xenonlámpa
    Leginkább a gépjárműtechnikában alkalmazott, gyors gyújtású lámpa. Erősen pontszerű fénye és jó színvisszadása miatt vetítéstechnikában is alkalmazzák.

Egyéb fényforrások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

He-Ne lézer
  • Radiolumineszcencia
    A radiolumineszcens anyag ionizáló (pl. béta) sugárzás hatására bocsát ki fényt. A foszfor a tríciumból kiszabaduló elektronok hatására világít. A két elem keverékét pl. vészkijárat-jelzőtáblák készítésénél használják.
  • Szonolumineszcencia
    A szonolumineszcencia hang (szono) hatására létrejövő fénykibocsátás. Nagy energiájú, jól fókuszált ultrahang folyadékokban üregeket hoz létre. Az üregek gyors összeomlásakor keletkező energia hő és fény formájában sugárzódik ki.
  • Hőmérsékleti sugárzás
    Az adott hőmérsékletű test karakterisztikus spektrumú sugárzást bocsát ki. Alacsonyabb hőmérsékleten (pl. szobahőmérsékleten) a legnagyobb intenzitással infravörös tartományban keletkezik. A Wien-féle eltolódási törvénynek megfelelően a hőmérséklet emelkedésével ez a maximum a rövidebb hullámhosszok, így a látható spektrum felé tolódik. Először piros, majd fehér, végül kék színű fény keletkezik. A kék színű fénykibocsátás igen ritka (a kéken égő gázláng kémiai folyamat eredményeképp jön létre).
  • Cserenkov-sugárzás
    Az egyenletes sebességgel mozgó töltés nem sugároz energiát, amíg vákuumban halad. Ha azonban anyagi környezeten halad át, sugározhat ki kis mennyiségű energiát, még ha állandó is a sebessége. Ennek feltétele az, hogy a részecske sebessége nagyobb legyen, mint az adott közegbeli fénysebesség.
  • Lézer
    A lézer elnevezés egy betűszó (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), vagyis fényerősítés indukált emisszióval. A lézer intenzív, koncentrált, párhuzamos és koherens fénynyalábot állít elő [9,16].

Fényforrások általános tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A táblázat növekvő fényhasznosítás szerint sorba rendezve tartalmazza a fényforrások adatait.[1]

megnevezés teljesítmény fényáram fényhasznosítás színhőmérséklet színosztály
W lm lm/W K
Gyertya 13 0,16 1000
Gyufa 1700
Petróleum lámpa 2200
Szénszálas izzó 25-790 2,6
Normál izzólámpák 15-1000 90-18800 6-19 2650-2990 M
Törpefeszültségű, "tűlábas"; (6 - 24 V) halogénlámpák 5-150 60-3200 12-24 2900 M
Törpefeszültségű (6 - 24 V) tükrös halogénlámpák 10-100 2900 M
Törpefeszültségű (6 - 24 V) hidegtükrös halogénlámpák 20-75 12 2900 M
Kisfeszültségű (230 V) egyfejű halogénlámpák 60-250 780-4200 13-17 2900 M
Kisfeszültségű (230 V) kétfejű halogénlámpák (ceruzalámpák) 60-2000 830-44000 14-22 2800 M
Normál fénycsövek 18-58 1050-5000 58-86 változó H, S, M
Háromsávos fénycsövek 18-58 1350-5200 75-90 H, S, M
Kompakt fénycsövek beépített elektronikus előtéttel, menetes foglalattal 5-23 200-1500 40-65 M
Kompakt fénycsövek beépített induktív előtéttel, menetes foglalattal 9-25 415-1200 46-48 M
Kompakt fénycsövek dugaszolható foglalattal 5-32 250-2400 50-75 M, S
Nagy fényáramú kompakt fénycsövek 4 csapos dugaszolható foglalattal 18-55 1200-4500 42-87 M, S, H
Nagynyomású normál, egy- vagy kétfejű nátriumlámpák 50-1000 3500-130 000 70-130 2700 M
Javított színvisszaadású, nagynyomású, egyfejű nátriumlámpák 35-400 2850-38.000 80-95 2700 M
Erősen javított színvisszaadású, nagynyomású, egyfejű nátriumlámpák 35-100 1300-5500 37-58 2700 M
Nagyteljesítményű fémhalogénlámpák 250-3500 1900-30 000 68-86 6100 M, S, H
Egyfejű fémhalogénlámpák 35-150 2400-12 500 69-83 5300 M, S
Kétfejű fémhalogénlámpák 70-150 5000-12 000 71-83 3100 M, S, H
Nagynyomású higanylámpák 50-1000 1600-58 000 32-58 3800 S
melegfényű LED 10 900 80-100 2700-3000 S
hidegfényű LED 10 1000 90-110 5000
kénlámpa 5900 135 000 90 6000
indukciós lámpa 50-200 12 000 60-100 3500-4500
Xenon ívlámpa 2000-15000 25 000 000 30-50 5000-6000
Higany ívlámpa 55-100 15000
szén ívlámpa 15 000 800 000 15 3780
Kisnyomású nátriumlámpák 18-180 1800-32 500 100-200 (≈2700) monokromatikus sárga
Kruithof-görbék
A narancs színnel jelölt megvilágítás erősséget túl melegfényűnek érzékeljük alacsony színhőmérsékletű sugárzásnál. A kék a túl hideg megvilágítás tartománya[2]

A színosztály az MSZ 6240 szerint[3], a Kruithof-diagrammal meghatározva

M 3300 K alatt melegfényű
S 3300-5300 K között semleges fehér
H 5300 K felett hidegfényű

A rendkívüli nagy fényáramú ívlámpákat a második világháborúban fejlesztették ki, légvédelmi megvilágítási célokra.

A fénycsövek és kompakt fénycsövek különféle színhőmérséklettel készülnek, ezért ezekhez a fenti táblázat nem tartalmaz adatot. Például a CIE által bevizsgált fényforrások

fényforrás színhőmérséklet
CIE F1 6428
CIE F2 4224
CIE F3 3446
CIE F4 2938
CIE F5 6345
CIE F6 4148
CIE F7 6495
CIE F8 4997
CIE F9 4149
CIE F10 4998
CIE F11 3999
CIE F12 3000

Az F10, F11 és F12 ú.n. triphosphor (három fluoreszcens anyaggal készített) háromsávos fénycsövet jelöl

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Jenkins, Francis A., White, Harvey E., Ábrahám György, Antal Ákos, Kalló Péter, Kovács Gábor, Kucsera Itala, Szarvas Gábor, Wenzel Klára: Optika
    Panem.McGraw-Hill Budapest, 1997, ISBN 963-545-144-X
  • Allen Nussbaum, Richard A. Philips: Modern optika mérnököknek és kutatóknak
    Műszaki Könyvkiadó, 1982, ISBN 963-10-3864-5
  • Szigeti György: Lumineszkáló anyagok fizikája
    Műegyetemi Nyomda Budapest, 1948
  1. Arató, András: Világítástechnika. (2. Fényforrások). mek.oszk.hu, 2003. (Hozzáférés: 2012. november 9.)
  2. McGuire, Kevin P.: Daylight: Is it in the eye of the beholder?. soluxtli.com, 2006. (Hozzáférés: 2012. november 14.)
  3. Az MSZ 6240 helyettesítő nélkül érvényét vesztette

Külső hivatkozások[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Fényforrás témájú médiaállományokat.