Физика в быту

Почему газовые разряды могут сопровождаться свечением? Электроны, движущиеся в газе при пропускании тока, сталкиваются с атомами или молекулами газа и могут их возбудить или ионизовать, то есть перевести в состояние с большей энергией. Возвращаясь через короткое время в основное состояние, атомы или молекулы излучают свет.

В бытовых лампах, о которых дальше пойдёт речь, газовый разряд происходит в смеси аргона и паров ртути, излучающей преимущественно синий и зелёный свет, а также много ультрафиолета. Сам по себе такой свет не годится для освещения. Но ультрафиолетовое излучение можно превратить в видимый свет с помощью ещё одного физического явления – люминесценции.

Некоторые вещества (их называют люминофорами) поглощают свет коротких длин волн, в том числе ультрафиолет, а затем излучают его в виде более длинных волн видимого диапазона. Это и есть люминесценция (название происходит от латинского lumen – свет). Вспомним светящиеся брошки или ёлочные игрушки: подержали их под лампой, а потом в темноте в течение нескольких минут видим свечение (некоторые люминофоры могут светиться несколько часов и даже суток). Это частный случай люминесценции – фосфоресценция, при которой свечение продолжается значительное время после прекращения исходного светового воздействия. А другие люминофоры переизлучают поглощённый свет почти мгновенно. Этот вид люминесценции называется флуоресценцией (название происходит от минерала флуорит, у которого она впервые была обнаружена). Они-то и используются в люминесцентных лампах.

Свет каких именно длин волн будет излучать люминофор, поглощая ультрафиолет, зависит от его химического состава. Внутренние стенки люминесцентной лампы покрывают таким люминофором, чтобы выходящий свет казался белым. Но спектр этого белого света не является непрерывным, он состоит из нескольких более-менее узких полос излучения аргона, ртути и люминофора.

Люминесцентные «лампы дневного света» Британская компания «Дженерал электрик» начала выпускать с 1938 года. Это были линейные (трубчатые) лампы с дешёвым люминофором, дающие холодный белый свет. В СССР массовое производство и внедрение такого рода ламп началось на 10 лет позже. В 1960–1970 годах они использовались в большинстве общественных мест, в том числе школах.

Спектр люминесцентных ламп

Люминофор – вещь чрезвычайно важная для качества света, к тому же недешёвая. В недорогих лампах используют люминофор, который излучает в основном в жёлтой и синей частях спектра, а красного и зелёного света даёт значительно меньше. Хотя свет такой лампы и кажется белым, цветопередача у неё плохая. В более дорогих лампах применяют «трёхполосный» или даже «пятиполосный» люминофор, излучающий в трёх или пяти диапазонах длин волн. Цветопередача становится гораздо лучше. Пример графика спектра лампы с качественным люминофором изображён на рисунке 16. Путём подбора люминофоров в специальных лампах может быть достигнута идеальная цветопередача (они используются в картинных галереях, музеях, типографиях).

И всё же, как ни крути, спектр не станет непрерывным, привычным и комфортным глазу.

В спектре люминесцентных ламп присутствует небольшая доля ультрафиолета УФ-А и УФ-В, который не полностью поглощается люминофором и стеклом. По мере «старения» лампы эта доля возрастает из-за деградации люминофора. При длительном воздействии ультрафиолет совместно с коротковолновым сине-фиолетовым излучением лампы может оказать неблагоприятное действие на роговицу и сетчатку глаза. И не будем также забывать, что синий свет блокирует выработку гормона сна – мелатонина.

Рис. 16. График спектра излучения люминесцентной лампы с «пятиполосным» люминофором

Самым опасным для сетчатки при длительном воздействии является сине-фиолетовый свет с длиной волны от 415 до 455 нм, и как раз в этой области находится пик в спектрах излучения люминесцентных ламп.

Для некоторых специальных целей ультрафиолетовое излучение является необходимым, например в люминесцентных лампах для соляриев. В этих случаях при изготовлении колб используют не обычное, а кварцевое стекло, хорошо пропускающее ультрафиолет.