Статейка просто про свет
остры и лучины в век автомобиля и электрификации не менее странны, чем счеты в современной бухгалтерии. Однако в первые автомобильные годы именно живой огонь освещал им путь в ночное время. Использовались керосиновые и даже свечные горелки. Карбидные (или ацетиленовые) фонари были лучше, но лишь с появлением лампочки накаливания автомобильный свет стал действительно удобным и практичным. Как и в быту, в современном автомобиле можно встретить чуть ли не все известные типы электрических ламп. И в настоящее время именно в автомобильном свете происходят крайне серьезные изменения. Новые разработки, подталкиваемые как инженерной мыслью, так и модными тенденциями, меняют существующие взгляды на свет в машине. Но прежде чем рассказать об искусственных источниках света, нужно сделать небольшое отступление в природу света, в то, как человек непосредственно видит, и напомнить некоторые особенности восприятия зрительной информации.
Глаз
Наше представление об окружающем мире в большей степени складывается посредством зрения. Глаза способны снабдить человека информацией о размерах, расстоянии, движении и цвете. Глазок видеокамеры, который часто называют искусственным глазом, куда более примитивное изделие. Но принцип действия примерно схожий. У глаза есть линза, через которую проходит свет, преломляясь на составляющие. Роль диафрагмы выполняет зрачок, регулирующий подачу света. Но зрачок более тонкий и чувствительный элемент. Он способен реагировать не только на свет, но и на сильные чувства и переживания. Так, например, зрачок расширяется от страха или от любви. Сетчатка глаза (его внутренняя оболочка) играет роль экрана, на котором изображение фокусируется и переводится в сигналы, импульсы, которые затем поступают в мозг человека для расшифровки. Сетчатка состоит из 130 млн. светочувствительных клеток, называемых палочками и колбочками. Палочки чувствительны к свету, но различают только синий и зеленый цвета, а колбочки улавливают цвета, но при недостатке освещения перестают работать. Вот почему при слабом свете все нам видится в сине-серо-зеленых тонах. И вот почему человек не сразу адаптируется к яркому свету или темноте. Нужно знать и еще одну особенность зрения. Все, что мы видим, отражается на сетчатке в перевернутом виде. Кроме того, имея два глаза, человек воспринимает два изображения одного и того же предмета, но под несколько различными углами. В раннем детстве мы так и видим все вверх ногами и сдвоенно. Довольно скоро мозг приучается ставить все предметы «на ноги» и сводить картинку воедино, что позволяет нам видеть все предметы в объеме и перспективе, т. е. трехмерно. Глаза человека сильно подвержены возрастным изменениям. Возможно, даже сильнее, чем остальные органы. И главное, что требуется глазу с годами для нормального зрения, это все больше и больше света. Так, например, если в 10-летнем возрасте для выполнения той или иной задачи требуется определенное количество света, то уже к 20 годам его нужно в 1,5 раза больше, к 30 годам в 2, а к 60 аж в 11 раз. То есть чем человек старше, тем более важно для него иметь хорошее освещение. Это и удобство, и безопасность (в особенности для водителей). Вот зачем, кроме всего прочего, и нужен свет. Наиболее известный источник света – солнце. Но этот естественный светильник, к сожалению, работает лишь днем, а ночью приходится искать иные источники. До середины XIX века единственным искусственным источником света был огонь, или, если говорить научным языком, пиролюминесценция. Костры, масляные фонари и самые продвинутые «горелки» – газовые лампы в конце XIX века уступили место электричеству. С тех пор было найдено множество различных способов извлечения света, в том числе системы, работающие на химической, термической и радиоактивной основе. В настоящий момент существует два основных типа искусственных источников света – накаливания и электроразрядные.
Принципиальная схема автомобильной галогенной лампы накаливания
Лампы накаливания
Самые известные и распространенные – так называемые лампы накаливания. В них источником света является некое волокно (в основном вольфрамовая нить), которое под воздействием проходящего через него электрического тока нагревается и начинает испускать свет. Форма колбы может быть различной для получения нужной яркости и рассеивания. Пара слов о вольфраме. Если железо плавится при 1535 ОС, то вольфрам – при 3410 ОС. Если учесть, что температура нити накаливания порядка 2500 ОС и выше, заслуга вольфрама просто неоценима. Но и предел развития таких ламп явно очевиден и понятен. Самый большой недостаток ламп накаливания – их неэффективность. Эти лампы слишком затратные. Они производят меньше света, чем потреб**ют энергии. Более 90 процентов всей энергии уходит в тепло и менее 10% непосредственно в свет. Их эффективность возрастает пропорционально затрачиваемой мощности. Так, например, одна лампочка на 100 Вт будет светить значительно ярче, чем две по 50 Вт. Со временем, поскольку вольфрам постепенно испаряется, его сконденсированные пары покрывают стенки колбы изнутри, и свет лампы со временем тускнеет. Многие автомобилисты встречались с такими случаями, когда, меняя старую лампу, отмечали ее потемневшее стекло. Наполнение колбы азотом и инертным газом (чаще аргоном) несколько снижает эту проблему. Галогенные лампы также являются лампами накаливания, но в них используется еще один наполнитель – галогенид (йод или бром), который и связывает испарившийся вольфрам, не давая ему осесть на стенки колбы. Но самое интересное то, что далее это соединение при попадании на горячую спираль разделяется. Таким образом вольфрам возвращается на нить накаливания, а галогенид – в атмосферу колбы. То есть происходит своеобразное восстановление нити лампы, называемое галогенным циклом. Этот процесс требует температуры порядка 200 ОС. Вот почему эти лампы столь горячи и не любят влажность и отпечатки пальцев на стекле. Обычно они имеют двойной корпус, что несколько снижает внешнюю температуру лампы и одновременно повышает эффективность галогенного цикла. Простые лампы имеют цветовую температуру (характеристика излучаемого светового спектра, измеряемая в кельвинах) порядка 2700К, а галогенные – 3000К. Галогенные лампы хотя и более сложны и дороги (раз эдак в 5–10), но и более эффективны. Начать с того, что они на 25–30% более яркие, чем обычные лампы накаливания. Даже в конце своей «жизни» галогенная лампа выдает до 95% своей изначальной яркости (простые лампы – около 75%). Простые лампы «живут» приблизительно 1000 часов, тогда как галогенные примерно в 2 раза дольше. Правда, Книга рекордов Гиннесса рассказывает о лампе накаливания, которая горела более 70 лет. Но стоит сразу сказать, что за это время ее ни разу не выключали, а это важно. Именно процесс включения (как и во многих электрических устройствах) – самая изнашивающая и тяжелая для лампы процедура. Лучше, если это происходит постепенно. Галогенные же лампы живут ровно столько, сколько им отмерено, без чудес. Очень важно для срока службы ламп накаливания постоянство напряжения. Превышение напряжения на 4% может снизить срок ее службы на 40%. Эта зависимость работает и обратно. На 4% более низкое напряжение способно также существенно увеличить жизнь лампы. Правда, и яркость ее при этом будет ниже. У ламп накаливания есть и еще один недостаток, куда более значительный в свете их автомобильного применения. Речь идет о тонкой спирали, состоящей из довольно хрупкого вольфрама. Тряска и вибрации в автомобиле отнюдь не способствуют комфортной работе лампы. Хотя особые конструктивные решения позволили в значительной степени исключить риск подобных поломок. Несмотря на появление новых, более качественных и надежных источников света, лампы накаливания, будучи более дешевыми, не сдают своих позиций так просто. Появляются и новые их типы. Основная работа инженеров направлена на снижение скорости испарения вольфрама с нити накаливания. В дешевых лампах колбу наполняют смесью азота и аргона. В более дорогих вместо аргона используют криптон, имеющий более низкую теплопроводность. Также может использоваться ксенон, у которого этот показатель еще ниже. Использование этих газов позволяет повысить яркость лампы на 10% (криптон) или почти в 2 раза (ксенон).
Rat 
Помощь
