Техника - молодёжи 1966-03, страница 6

СВЕТОНОСНЫЙ ТРАНЗИСТОР

1У ак это ни паредоксальио, наилучший источник света — *»это раскаленное ебсолютно черное тело, ничего ие отражающее и ие пропускающее и потому считающееся самым лучшим излучателем. Казалось бы, светотехникам не о чем больше мечтать, как только о нити накала из такого идеального излучателя.

Но это оказывается не так. Излучение обычного костра, вольфрама и солнца очень близко к излучению абсолютно черного тела, все различие между ними зависит главным образом от степени иагре ). При температурах ниже 4 тыс. градусов львиную долю энергии, излучаемой абсолютно черным телом, уносят инфракрасные лучи, невидимые человеческому глазу.

При «солнечных» температурах максимум светового излучения совпадает с максимумом спектральной чувствительности глаза.

Но даже при этих самых выгодных условиях, о которых светотехники пока еще могут только мечтать больше половины энергии уносят невидимые лучи. Еще ие созданный «солицеподобный» светильник заведомо далек от практического идеала, где вся подводимая энергия излучалас бы в видимом диапазоне. Но нет вещества, которое излучало бы видимого света больше, чем абсолютно черное тело. Бесполезно пытаться улучшить экономичность ламп накаливания таким способом. И все же преодолеть «потолок экономичности» электрических ламп можно.

Нужный закон был открыт еще в 1859 году германским физиком Кирхгофом: всякое тело испускает именно те лучи, которые оно само при данной температуре поглощает Если тело иакала поглощает видимый свет так же хорошо, как абсолютно черное тело, а для инфракрасных лучей прозрачно, то и излучать оно будет видимые лучи как идеальный тепловой излучатель, а инфракрасная доля будет ничтожной. Удаление бесполезнь х для глаза инфракрасных лучей увеличит экономичность лампы накаливания. Лампы с такой нитью могли бы в принципе иметь коэффициент полезного дейст ия до 100%.

И это не просто теоретическая возможность. Некоторые полупроводники обладают как раз нужными свойствами. Их поглощение резко уменьшается при переходе нз видимой в инфракрасную область спектра. Кроме того, они способны выдерживать высокие температуры нагрева, поэтому можно покрыть вольфрамовую спираль лампы таким веществом, а то и просто изготовить из подходящего полупроводника пластинку и нагревать ее электрическим током. Полупроводниковые лампы по экономичности превзошли бы даже люминесцентные. Кроме того, их можно было бы включать непосредственно в электрическую сеть без всяких пусковых устройств.

Но пока сверхидеальнь е полупроводниковые светильники еще ие созданы, светотехники ищут способы усовершенствования обычных ламп накаливания.

СВЕТИЛЬНИКИ «СОЛНЕЧНОЙ ПАЛИТРЫ»

Экономичность, то есть способность превращать максимум подведенной энергии в видимые лучи, важное, ио ие единственное требование, предъявляемое к светильнику. Известно, например, что излучение паров натрия целиком сосредоточено почти в самом максимуме спектральной чувствительности человеческого глаза. Почти 50% электроэнергии, идущей на нагрев паров этого mi талла, высвечивается в виде свето 1ых лучей, в то время как у обычных ламп накаливания всего 2—3%. При одинаковом расходе электроэнергии натриевые

лампы создают гораздо более вь сокую освещенность. Но в их ярком желтом свете предметы изменяют свою привычную окраску, становятся почти одноцветными. Замеча-тельиь й механизм ц| етовых восприятий человеческого глаза остается не у дел. Между тем, как говорил академик С. Вавилов, «глаз требует искусственного света в большей или меньшей степени солнеч-

Рис. В. Плужннкова

иого качества». В течение тысячелетий приспосабливался он к солнечному свету. И теперь источники искусственного света надо подгонять к требованиям человеческого глаза, подгонять их под солнечный спектр. Даже идеально экономичный светильник неприемлем, если ои лишает глаз всех преимущест цветового видения.

В обычных лампах накаливания дневной свет можно получить только нагре ом спирали до солнечных температур. Полупроводниковая лампа совсем другое дело, поскольку спектр излучаемого света можно подогнать под спектр солнца Оказывается, полупроводник по-разиому поглощает лучи разного цвета Для одних тонкая пленка полупроводника — непреодолимая преграда Другие, наоборот, почти ие поглощаются даже в толсть х слоях. Есть и такие которые полностью запираются толстым слоем полупроводника, но легко пронизывают тонкую пленку. Поэтому искусно варьируя размеры полупроводниковой пластинки, можно усиливать или ослаблять те или иные лучи в ее излучении. Образно говоря, от спектра полупроводника, как ножницами, удается отстричь "асти отличающие его от спектра солнца. И это при неизменной емпературе накала. Но, к сожа е-нию, качество дневной белизны достается ценой потери бо лее 60% подведенной энергии. Однако лампа тут ни при чем: виновник такой расточительности — человеческий глаз.

РАЗМЕНЯЙТЕ КВАНТ НА ДВА!

устроил бы вас разменный аппарат куда можно опустить ' восемь или девять копеек, а получить замен один пятачок? Наверное, нет. А вот в современных люминесцентных лампах до ольствуются именно таким неравноценным обменом «без сдачи». Свечение люминофора в них возбуждается невидимыми ультрафиолетовыми лучами, испускаемыми парами ртути. Мощные кванть ультрафиолетового света входят в кристаллики люминофора и выходят из них до неузиа аемости «похудевшими». Ведь энергия ультрафиолетового кванта почти а 2 раза превь шает, например, энергию кванта зеленого сгь.'а. Почти половина энергии бесследно исчезает. Впрочем, не совсем бесследно. Притроньтесь рукой к работающей люминесцентной лампе, и вы ощутите украденную энергию квантов, которая идет на нагрев. И чем богаче энергией кваит невидимого ультрафиолетового света, тем больше ее теряется при превращении его в видимый свет, тем хуже экономичность люминесцентной лампы. Таким образом, люминесцентные лампы тоже нуждаются в повышении коэффициента полезного действия, хотя он у них в 3—4 раза выше, чем у ламп накаливания.

Казалось бы, снизить эти неизбежные потери энергии можно, уменьшая избыточную энергию ультрафиолетовых квантов, приближая нх к квантам видимого света. Но стремление получить стопроцентную экономичность приведет к бессмысленному занятию: придется в конце концов преобразовывать видимый свет снова в видимый. Ученые зиают другой путь. Они предлагают, наоборот, увеличивать энергию ультрафиолетовых квантов. Если уж наш разменный автомат настолько несовершенен, что может выда! ать только пятачки, то гораздо выгоднее не уменьшать размени аемую сумму до пяги копеек, когда сам обмен становится бессмысленным, а наоборот, увеличивать ее до гривенника, чтобы ав томет мог выдать вместо него два пятака

Оказывается, если энергия ул трафиолето ого кванта достаточно велика, процесс превращения его в видимый с ет качест енно меняется: ультрафиолето ый кваит может тогда попросту «расколоться» на два менее мощных к аита видимого света. Возможность такого проц сса была пред сказана еще академиком С. Вавиловым. В последние годы подобное размножение ki антов наблюдалось иа опыте при люминесценции некоторых кристаллов. Мощные ультрафиолетовые кванты дробились ие только иа два, но даже иа три и бол шее число квантов видимого света Конечно, предстоит еще проделать нелегкий путь от научного эксперимента до его технического воплощени , Но если бы удалось энергию ультрафиолетового света целиком превращать в видимьй свет, то коэффициент полезного действия существующих люминесцентных ламп можно бьло бы увеличить в 2 раза. Вот когда люминесцентнь е лампы могли бы взять реванш у сверхидеальиых полупроводниковых ламп накаливания!

явиир-аг" ^