Projektna naloga SVETLOBA SKOZI ČAS in njena uporabnost Avtorji: dijaki 3. B Gimnazija Bežigrad Mentorica: prof. Mojca Lebar Lektorica: prof. Nina Engelman Ljubljana, marec 2016
KAZALO 1 UVOD 4 2 VIRI SVETLOBE 5 2.1 Primarni in sekundarni svetlobni viri 5 2.2 Luminiscenca in temperaturna svetloba 6 3 NARAVNI VIRI 8 3.1 Naravna svetloba 8 4 UMETNI VIRI 13 4.1 ZGODOVINA UMETNIH VIROV 13 4.2 UPORABA UMETNIH VIROV 14 4.3 ONESNAŽEVANJE 14 4.4 UMETNI VIRI OD ZAČETKOV ČLOVEŠTVA DO DANES 15 5 IZUMITELJI 22 5.1 Humphry Davy 22 5.2 Nikola Tesla 23 5.3 Henry Woodward 26 5.4 James Bowman Lindsay 27 5.5 Thomas Alva Edison 28 5.6 Joseph Wilson Swan 30 5.7 Warren de la Rue 30 6 UPORABA SVETLOBE DANES IN SVETLOBNO ONESNAŽEVANJE 33 6.1 Uporaba svetlobe danes 33 6.2 Uporaba svetlobe v znanstvene namene 35 6.3 Uporaba svetlobe v medicini 37 6.4 Svetlobno onesnaževanje 42 a) Množična uporaba nezasenčenih svetilk 42 7 ZAKLJUČEK 46 8 VIRI IN LITERATURA 47 2
3
1 UVOD»Svetloba je elektromagnetno sevanje z valovnimi dolžinami od približno 380 ali 400 nm do približno 760 ali 780 nm, ki so vidne za človeško oko. V fiziki se pojem svetloba pogosto nanaša na elektromagnetna sevanja vseh valovnih dolžin, ne glede na to, ali so vidna ali ne.«1 S svetlobo se srečujemo vsak dan, pogosto tudi nevede ko preverimo ekran telefona, ko si nadenemo sončna očala ali ko ponoči prižgemo luči na kolesu. Naš cilj je, da s projektno nalogo osvetlimo pomen svetlobe in ga podrobno opišemo vse od prazgodovine do najnovejše LEDdiode ter predstavimo pomembne osebe, ki so krojile razvoj svetlobnih sredstev. V sklopu raziskovalne naloge bomo izdelali projektno nalogo z naslovom»svetloba skozi čas in njena uporabnost«, ki je v neposredni povezavi z letom svetlobe, ki smo ga obeležili v letu 2015. V nalogi bomo na podlagi pisnih (sekundarnih virov) in avdiovizualnih virov čim konkretneje raziskali in predstavili različne svetlobne vire od primarnih, sekundarnih, umetnih do naravnih. Opisali bomo tako naravne kot umetne vire ter uporabo svetlobe danes. Želimo si, da bi bile naše ugotovitve čim bolj realne in zanimive. Pri projektu smo aktivno sodelovali vsi dijaki 3. B-razreda. 1 https://sl.wikipedia.org/wiki/svetloba 4
2 VIRI SVETLOBE 2.1 Primarni in sekundarni viri svetlobe Svetlobne vire lahko delimo po različnih kriterijih, eden od njih je, ali gre za primarni ali sekundarni vir. 2.1.1 Primarni viri svetlobe Tistim, ki sami oddajajo svetlobo oz. svetlobo pretvarjajo v druge oblike energije, pravimo primarni svetlobni viri. Najpomembnejši naravni primarni vir je Sonce.Ostali primarni viri svetlobe so še ogenj, sveče, oljenke, plinske svetilke, obločnice, petrolejke, žarnice, sijalke, LED-diode. Nekoliko manj običajni primarni viri svetlobe pa so tudi nekatere živali, ki imajo sposobnost oddajanja svetlobe bioluminiscenca. Take organizme najdemo v vseh kraljestvih, torej pri živalih, rastlinah, glivah in bakterijah. Najstarejši primarni vir poleg Sonca je ogenj, ki ga je človek uporabljal že v pradavnini, o čemer pričajo številne jamske slike. Nato so se pojavile prve primitivne svetilke, ki so bile izdelane iz kamnov, školjk in podobnih materialov. Polnjene so bile z mastjo, za stenj pa so uporabili nekakšen vlaknat material, npr. lan, papirus, suho trsje... Kasneje so jih nadomestile oljne in lončene svetilke. V nadaljnjem razvoju se je telo lončene svetilke zaprlo, tako da je nastal zaprt rezervoar za olje. Lončene svetilke so izdelovali ročno ali s pomočjo kalupov, pojavi se tudi že okrasje svetilke. Sveče so prvi izdelali stari Egipčani, uporabljali pa so jih tudi Rimljani. Plinske svetilke so vpeljali leta 1814 za razsvetljavo ulic v Londonu. Prižiganje svetilk so bistveno olajšale vžigalice, ki jih je izumil Anglež John Walker. Prva električna žarnica je uporabljala platinasto žarilno nitko in stekleno vakuumirano tubo. Edisonova žarnica je temeljila na Woodward-Evansovem patentu in je delovala 45 ur. LED-dioda je polprevodniški element, ki pri prevajanju toka skozi zaporno plast oddaja svetlobo. Prve LED so bile rdeče, danes pa poznamo tudi LED drugih barv (najpogostejše so bele). Med električne svetlobne vire danes prištevamo: OBLOČNICE: gori električni oblok v zraku; ŽARNICE: oddajajo svetlobo zaradi segrete kovinske žarilne nitke temperaturno sevalo; SIJALKE: vir svetlobe sta razelektritev v plinu in fluorescenca; LED-DIODE: svetijo ob prevajanju toka skozi polprevodnik. 2.1.2 Sekundarni viri svetlobe Sekundarni svetlobni vir je ploskev ali predmet, ki ne oddaja svetlobe sam, pač pa jo preseva, odbija, prepušča ali kako drugače spremeni določen del svetlobe, ki jo oddaja nek drug svetlobni vir. Sekundarni vir je vir barvnih dražljajev. Govorimo olastnosti predmeta, tj. svetloba z določeno jakostjo in spektralno sestavo. Očem jo posreduje svetloba, ki jo seva, prepušča ali odbija predmet. Med sekundarne svetlobne vire lahko pravzaprav štejemo prav vse predmete, saj se del 5
svetlobe odbija od vseh, prav tako pa preoblikujejo spektralni sestav svetlobe. Brez njih bi videli samo belo barvo. Med sekundarne vire štejemo na primer Luno, ki jo obseva sonce, LCD-monitorje in nebo. Atmosfera okoli Zemlje ter oblaki svetlobo delno odsevajo, poleg tega pa jo še razpršijo. Tudi okna naravno sončno svetlobo presevajo in razpršijo v prostor, zato jih prav tako štejemo med sekundarne vire. 2.2 Luminiscenca in temperaturna svetloba Svetlobne vire lahko delimo na temperaturne, ki oddajajo tempraturno svetlobo, in na luminiscenčne vire, ki oddajajo več vrst luminiscenčne svetlobe. 2.2.1 Temperaturni viri Temperaturni viri ali temperaturna sevala so viri, ki svetlobno sevajo zaradi svoje visoke temperature. Vsako segreto telo oddaja energijo, če je je dovolj, je vidna v barvnem spektru. TEMPERATURNA SVETLOBA Temperaturna svetloba je emisija oddaja svetlobe trdnega predmeta, ki so ga segrevali, dokler ni zažarel. Z različno temperaturo že žarečega predmeta lahko spremljamo spremembo barvne svetlobe, ki jo v trenutku predmet oddaja. Ko se barvna temperatura dviga, se odtenki prevesijo v bolj modrikaste tone. V praksi realna in barvna temperatura nista povsem enaki, zato uporabljamo popravne faktorje. Ko govorimo o modri svetlobi kot hladni in o rdeči svetlobi kot topli, se navezujemo na nekaj povsem drugega, kot na barvno temperaturo. Te barve uporabljamo za opis našega dojemanja ali za prikaz občutkov. Prav nasprotno je modra svetloba bolj vroča kot rdeča. Različne barve so v svojih idealnih pogojih povezane s svojo temperaturo, izraženo v kelvinih. William Herschel je ugotovil, da ima pri svetlobnem spektru, ko razbijemo belo svetlobo na nekakšen mavričen, barvit snop, vsaka barva iz tega spektra svojo temperaturo. Rdeča svetloba je najhladnejša z najnižjo izmerjeno temperaturo, modra, na nasprotnem koncu spektra, pa ima najvišjo izmerjeno temperaturo. Iz tega lahko posplošimo, da je barva svetlobe, ki jo oddaja določeno telo, odvisna od temperature. 2.2.2 Luminiscenčni viri To so viri, ki oddajajo več svetlobe, kot naj bi je, glede na njihovo tempraturo. Poznamo več vrst luminiscence: bioluminiscenco, kemoluminiscenco, elektroluminiscenco, triboluminiscenco in fotoluminiscenco (delitev na flourescenco in fosforescenco). BIOLUMINISCENCA Bioluminiscenca je vrsta svetlobe, ki jo oddajajo živali. Najbolj vsakdanji primer takega vira svetlobe so kresničke, ki s svojo svetlobo v času parjenja pritenejo osebke nasprotnega spola. Ostali primeri so spužve, na primer meduze, korale, nekatere vrste rib, tako svetlobo torej najdemo v vseh kraljestvih. Barvni spekter sega od rdeče do modre barve, živali jo oddajajo za komunikacijo, privabljanje samcev oz. samic, za obrambo in parjenje. Svetloba nastaja ob 6
poteku kemijskih reakcij v živih bitjih, za kar je potrebna ogromna količina energije, ki jo organizimi pridobijo s porabo energijsko bogatih molekul. KEMOLUMINISCENCA Kemoluminiscenca je emisija svetlobe, ki se sprosti pri kemijski reakciji ob normalnih pogojih, kadar eksotermna reakcija proizvaja molekule v elektronsko vzbujenem stanju. Med vračanjem molekul v prvotno stanje, le-te sprostijo fotone energijo v obliki svetlobe. Proces se največkrat zgodi v tekočem in trdnem agregatnem stanju. Kemoluminicenca je zelo pomembna na strokovnem področju kemije in vsakdanjem življenju, saj se jo uporablja na skoraj vseh kemijskih področjih in v medicini (raziskave DNA, rakavih obolenj, tumorjev). ELEKTROLUMINISCENCA Izumljena je bila že leta 1939, z odkritjem, da fosfor pod visoko napetostjo zažari. S tem postane vir svetlobe. Tak vir svetlobe naj bi bil energetsko bolj učinkovit od LED-svetlobe, saj je to hladna svetloba, torej se vsa energija odda v obliki svetlobe in ne toplote (približno 85 % se pretvori v svetlobo). Svetilnost se ohrani ne glede na obliko plošče ter ni občutljiva na udarce in vibracije. Današnja uporaba elektroluminiscence je vezana na osvetlitev LCDzaslonov, ročnih ur, žepnih računal ipd. Za žarjenje je potreben dovod električne energije, ta se lahko dovaja s pomočjo akumulatorja ali baterije, med njimi pa potrebujemo ustrezen pretvornik. TRIBOLUMINISCENCA Pojav, pri katerem se ob trenju pojavi svetloba oz. oddajanje svetlobe. V primeru triboluminiscence s postopki lomljenja, drobljenja, trganja ali praskanja, tj. s trenjem določenega materiala, nastaja svetloba. Njeni nadpomenki sta mehanoluminiscenca, širše pa luminiscenca. Gre za reakcijo na molekularni ravni, energija pa se sprosti v obliki fotonov. Najbolj znana oblika je drgnjenje kristala, pri katerem nastaja oranžna svetloba, šibka modrikasta svetloba pa se oddaja tudi ob trenju sladkorja Popoln postopek je zaenkrat še vedno nejasen, kljub temu pa je postavljena neka splošna teorija. FOTOLUMINISCENCA Pri obsevanju z UV, rentgenskimi ali gama žarki snov sprejme in odda fotone, kjer se zajema notranja energijska pretvorba. Fotoluminiscenco delimo na fluorescenco in fosforescenco. a) FLUORESCENCA Oddani fotoni imajo daljšo valovno dolžino kot sprejeti, pri tem pa fotoni oddajo manj energije, kot jo sprejmejo in začnejo s svetlobnim sevanjem. Fluorescira lahko vsaka snov, barva oddane svetlobe pa je odvisna od predmeta samega. b) FOSFORESCENCA Razlika pri fosforescenci je, da se energija ne prične sproščati takoj. Seva medleje in skozi daljše časovno obdobje. Odkrita je bila ponoči, ko je beli fosfor v temi oddajal lahen modrikast sij. V temi je torej oddajanje svetlobne energije šibkejše, ob prisotnosti ultravijoličnih žarkov pa je sevanje fosforja veliko bolj vidno in intenzivnejše. 7
3 NARAVNI VIRI Svetlobne vire delimo na umetne in naravne, katere nadalje delimo na primarne in sekundarne vire svetlobe. Primarni viri svetlobe so bistvenega pomena za nas, saj brez njih življenje na Zemlji ne bi obstajalo.med naravne vire spadajo tudi sekundarni viri, ki sami ne oddajajo svetlobe, ampak jo presevajo, odsevajo ali pa kako drugače spreminjajo svetlobo primarnih virov. 3.1 Naravna svetloba Naravni viri so tisti, ki so v naravi ves čas ali zgolj občasno prisotni tudi brez posredovanja ljudi. Tak naravni vir svetlobe je Sonce, ki ga hkrati štejemo za glavni primarni svetlobni vir.. Naravni svetlobni vir je tudi Luna, vendar ne oddaja svoje svetlobe, pač pa odbija svetlobo Sonca, zato jo prištevamo med sekundarne naravne svetlobne vire, kamor uvrščamoso tudi nebo oziroma oblake. Atmosfera okoli Zemlje ter oblaki svetlobo delno presevajo delno odsevajo, poleg tega pa jo še razpršijo. Naravni svetlobni viri v prostorih so okna in svetlobniki, kinaravno svetlobo Sonca presevajo (in delno razpršujejo) v prostor. Pomembna lastnost dnevne svetlobe je zjutraj šibka svetloba, ki nato narašča do poldneva, nato pa proti večeru ponovno pada,svetloba pa prihaja od zgoraj in s strani. Položaj svetlobnega vira se s časom spreminja, saj Sonce potuje od vzhoda proti zahodu. Dnevna svetloba ima svoje prednosti (večja osvetljenost, ustrezna svetlost prostorov, dnevni ritem, ugodni tehnični parametri, varčevanje z energijo ) in tudi slabosti (hitro spreminjanje, močne sence, omejeno trajanje, potrebe po ogrevanju in klimatizaciji, bleščanje ), vendar je dnevna svetloba tisto, na kar smo se navadili med evolucijo, zato je zaželeno, da tudi umetna svetloba posnema dnevno. Naravna svetloba, ki jo oddaja Sonce, je izjemno pomembna za kakovost našega življenja in ni samo privlačna na pogled, je tudi manj obremenjujoča za oči, povečuje našo delovno zmogljivost in zmanjšuje porabo elektrike. 2 Poleg sonca pa k naravnim virom prištevamo tudi zvezde, polarni sij in strele. Ljudje zvezde vidimo kot žareče točke, ki svetijo na nebu, vzrok tega je efekt Zemljine atmosfere in njihove oddaljenosti od nas. Tudi Sonce prištevamo k zvezdam, vendar gre za zvezdo, ki je Zemlji najbližje in ji omogoča dnevno svetlobo. Polarni sij spada med najlepše prizore, ki jih lahko vidimo v naravi. Ko se pojavi, na nebu pogosto opazimo različne bliskavice v čudovitih barvah, ki se skozi nebo ponoči razširjajo kot pahljača in ga osvetlijo. Polarni sij nastane zaradi električno nabitih delcev (elektronov, protonov in ionov), ki pridejo v stik z Zemljinim ozračjem ter tam reagirajo. Posledica takšne reakcije se izraža na nebu, ko le-to zasveti. Trk delcev povzroči vzburjeno stanje pri atomih in molekulah, ki se po kratkem času vrne na osnovno energijsko raven in sprosti svetlobno 2 Naravna svetloba. [internet]. [citirano 15. 10. 2015]. Dostopno na naslovu:http://www.solatube.si/si/default.asp?id=3 8
energijo, ki jo mi označujemo kot fluorescenca. Najpogosteje se tak pojav pojavi na severnem polu v višjih geografskih legah. 3 Strela je naravni pojav, ki je sestavljen iz bliska in groma. Strelo prepoznamo po tem, da naprej zagledamo svetlobni blisk, nato pa zaslišimo še grom. Ravno zaradi svetlobnega bliska pa tudi ta pojav prištevamo k naravnim virom svetlobe. Najpogosteje se pojavljajo ob nevihtah in s tem lahko ogrožajo tudi človeško življenje, saj gre vendarle za sproščanje velike količine energije. Nastanek takšnega pojava je povezan s polnjenjem oblakov s pozitivnim in negativnim nabojem, tako električno polje postaja vedno močnejše. V nekem trenutku postane tako zelo močno, da se morajo elektroni na Zemlji čim bolj odmakniti od tal, kajti pride do nastajanja električnega polja med oblakom in tlemi, ko je električno polje znova dovolj močno, pa pride do poka, katerega rezultat je strela. 3.1.1 Sonce Sonce je edina zvezda našega osončja, okoli katere krožijo planeti in druga telesa, ki so v njem. Je skoraj popolna žareča krogla in je najpomembnejši vir energije za življenje na Zemlji. Od nje je oddaljeno približno 150 milijonov kilometrov (1 astronomska enota) in v premeru meri 1.392.000 km. V spektralni razvrstitvi zvezd Sonce uvrščajo med zvezde glavnega niza, tip G, sodeč po elektromagnetnem spektru, ki ga oddaja. Neformalno mu pravijo tudi rumena pritlikavka, sodeč po tem, da je manjša od mnogih zvezd in je vidni del svetlobnega spektra najmočnejši v rumeno-zelenem delu. Predstavlja 99,86 % celotne mase v osončju. Nastalo je pred približno 4,567 milijardami let iz molekularnega oblaka. Večina se je zbrala v centru, ostalo pa se je sploščilo v orbitalni disk, iz katerega je nastalo osončje. Sestavljeno je iz približno 75 % vodika, ostalo je helij s sledovi kisika, ogljika, neona in železa. Sonce ima tri notranje plasti: jedro, radiacijsko in konvekcijsko cono. Svetloba in toplota sevata iz fotosfere. V njegovem jedru se v jedrski fuziji vodik pretvarja v helij. To zlivanje sprošča ogromno energije, ki se giblje proti obrobju s sevanjem in konvekcijo, nato pa doseže Sončevo vidno površje ali fotosfero in izseva v vesolje. Nad fotosfero sta zunanji plasti, kromosfera in korona. Včasih se z njegove fotosfere odlepijo loki plinov (izbruhi). Tekom let se pojavljajo in izginevajo hladnejše temne lise (sončeve pege), ki nastanejo zaradi silnic, ki prebadajo magnetno polje. Na površini je temperatura približno 5.500 C, medtem ko je v samem središču 15.000.000 C. 4 Sonce je nastalo pred približno 4,567 milijardami let, ko se je porušil molekularni oblak, sestavljen večinoma iz vodika in helija. Zaradi udarnega vala bližnje supernove, se je snov stisnila in porušila pod lastno gravitacijo. Ko se je porušil en drobec, je dobil rotacijo in se je zaradi povišanega tlaka tudi segrel. Zaradi večje mase je pritegnilo vse več delcev iz oblaka, dokler ni postalo že tako veliko, da se je tako močno segrel, da se je začela jedrska fuzija (fuzija zlivanja jeder). Vsako sekundo Sonce porabi več kot 4 milijone ton snovi, ki jo pretvori v energijo. Ker atomi helija porabijo manj prostora kot zliti vodik, se jedro krči. Zaradi večje 3 Polarni sij [internet]. [citirano 13. 1. 2016]. Dostopno na naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/polarni_sij 4 Sonce [internet]. [citirano 13. 1. 2016]. Dostopno na naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/sonce. 9
gravitacijske sile se poveča pritisk v jedru, kjer poteka fuzija, in s tem tudi njena hitrost. Ker nima dovolj mase, da eksplodira kot supernova, se bo čez približno 5,4 milijarde let začelo spreminjati v rdečo orjakinjo. Njegovo sevanje se bo približno dvakrat povečalo in tudi sama se bo povečala za 200-krat. Tako bo ostalo nekaj milijard let, dokler se ne bo začelo počasi krčiti. Porabljen helij bo nato močno vzplamenel in 6 % jedra se bo spremenilo spremeni v ogljik, zato se bo skrčilo za desetkrat in temperatura se bo znižala na manjšo, kot je danes. Helij se bo nato porabljal helij še približno 100 milijonov let. Ko bo izčrpan, se bo Sonce močno povečalo in po 20 milijonih let bo postalo zelo nestabilno, začelo bo izgubljati maso in pulzirati. Vsak pulz zelo poveča velikost in tudi sami postanejo večji in močnejši. Za Sonce so pričakovani le 4 pulzi, preden izgubi zunanjo plast. Po koncu te faze, po 500000 letih, bo imelo Sonce le polovico današnje mase. Po izgubi zunanje plasti bo postalo planetarna nebula, ki bo dosegla približno 30000 C. Obstajala bo 10000 let, na kar se bo začela ohlajati in krčiti v belo pritlikavko, ki bo preživela še trilijone let, preden bo usahnila. 5 Sončevi dvojčki so zvezde, ki se v večini bistvenih značilnostih (masa, temperatura površja, rotacijska hitrost ) ujemajo s Soncem in njegovimi vrednostmi. Te zvezde so privlačni cilji za iskanje planetov, na katerih je mogoče življenje. Če pa je zvezda Soncu podobna fotometrično, pomeni, da je Sončev analog. Ena od glavnih značilnosti zvezd je spektralni razred, ki temelji na temperaturnih značilnostih fotosfere in z njo povezanih značilnosti, večinoma spektra v vidnem delu svetlobe. Primeri zvezd istega razreda so: Alfa Kentavra A, Kapela in Tau Kita. 6 Sončev mrk spada med najbolj spektakularne nebesne pojave. Nastane takrat, ko se Sonce, Luna in Zemlja navidezno poravnajo v premico, tako da je Luna na sredini. Takrat Luna zastira sončevo svetlobo na Zemljo. Zaradi tega del Zemljine površine zakrije senca. Nastane maja ali ob prazni luni. Popolnih mrkov je okoli 25 30 odstotkov, kar pomeni, da Luna na območju popolnega mrka za nekaj minut popolnoma zastre Sonce. Takrat nebo izgleda kot ponoči, ker se pojavijo tema in zvezde, ter lahko za kratek čas opazujemo Sončevo krono, ki predstavlja njegovo redko in zelo segreto zunanjo atmosfero. Na leto lahko nastane z Zemlje vidnih od dva do pet Sončevih mrkov. Večina teh je vidnih z neposeljenih območij ali pa le delno vidnih na širših območjih. Nekaj mesecev, tudi tednov prej ali kasneje, pa se zgodi tudi Lunin mrk, ki je povezan z vsakim Sončevim mrkom. Okoli 35 odstotkov vseh Sončevih mrkov je le delnih. Lahko so tudi kolobarjasti oz. obročasti, kadar je Luna predaleč od Zemlje, da bi prekrila celotno Sonce. Ob vrhuncu tega mrka Lunino temno oblo obdaja ozki obroč svetlobe. Kadar gre za popolni in kolobarjasti Sončev mrk hkrati, govorimo o hibridnem Sončevem mrku, ki velja za izjemo. Posledično lahko z enega dela Zemlje opazujemo kolobarjasti, z drugega dela pa popolni Sončev mrk. Slednji se v povprečju pojavijo na vsakih 18 mesecev in do leta 2011 smo videli že 4 delne Sončeve mrke. 7 5 Sun [internet]. [citirano 13. 1. 2016]. Dostopno na naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/sun 6 Sončev dvojček [internet]. [citirano 13. 1. 2016]. Dostopno na naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/son%c4%8dev_dvoj%c4%8dek 7 Sončev mrk [internet]. [citirano 13. 1. 2016]. Dostopno na naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/son%c4%8dev_mrk 10
29. marca 2006 je bil viden popolni Sončev mrk v ozkem pasu, ki poteka od ekvatorialnega dela Atlantskega oceana in zahodne obale Afrike prek Centralne Afrike, Libije, Egipta in Turčije, konča pa se v osrednji Sibiriji. Delno so ga lahko opazovali iz Evrope, Afrike in zahodnega dela Azije. Kolobarjasti mrk je bil viden sredi južnega dela Atlantskega oceana, delno so ga videli v Severni Ameriki, Zahodni Afriki in na Antarktiki. V Ljubljani je bilo središče mrka ob 12.44, začel se je eno uro in 6 minut prej. Po dveh urah in 12 minutah od začetka je Luna zapustila Sonce. Ob vrhuncu mrka je bilo zakrite 46 % površine Sonca. 4. januarja leta 2011 je bil nad pretežnim delom Evrope, Severne Afrike in Srednje Azije viden delni Sončev mrk. V Sloveniji se je začel ob 8.00, vrhunec je dosegel ob 9.21, ko je Luna zakrila 68,5 % površine Sonca. Končal se je ob 10.50. Leto pozneje je bil 20. maja viden kolobarjasti Sončev mrk na južnem delu Kitajske preko Tihega oceana do zahoda ZDA. 13.novembra istega leta pa je bil na severu Avstralije in na pasu nad Pacifikom viden popolni Sončev mrk. 20.marca 2015 je bil viden delni Sončev mrk, in sicer nad večjim delom Evrope, na Kanarskih otokih, na severu Afrike, Bližnjem vzhodu in v osrednji Aziji, popolni pa s Ferskih otokov in z norveškega otočja Svalbard. V Sloveniji se je delni Sončev mrk začel ob 9.32, vrhunec je bil ob 10.40, ko je Luna zakrila 60 % Sončeve površine ter se je končal ob 11.52. 3.1.2 Polarni sij Polarni sij oz. avrora je naravni pojav, in sicer sijaj vidne svetlobe v zgornjih delih ozračja, ki je viden ponoči. Francoski filozof Pierre Gassendi ga je leta 1621 poimenoval aurora borealis ali severni sij, po rimski boginji jutranje zarje Avrori. Prej sta ga opisala tudi Plinij in Aristotel, prav tako je prisoten tudi v različnih mitih skandinavskih narodov in Eskimov, kjer mu pripisujejo nadnaraven pomen. Leta 1773 ga je opazoval tudi britanski raziskovalec James Cook na južnem Indijskem oceanu in ga imenoval Aurora australis. Polarni sij se pojavlja na višini okoli 100 km, v termosferi, in je najpogosteje viden v dveh ovalnih pasovih okoli zemeljskih magnetnih polov, na»magnetni širini«70 stopinj. Skoraj vsako noč ga je možno videti na območjih pod ovalnim pasom, na srednjih širinah pa le redko, največkrat le kot šibko žarjenje na obzorju, usmerjeno proti jugu oz. severu na južni polobli. Le redko pa se po zelo močnih izbruhih na Soncu oval polarnega sija spusti proti jugu oz. severu in je tudi na srednjih zemljepisnih širinah viden višje na nebu. Oblike polarnega sija so različne, od svetlečih pasov, vencev, lokov, do svetlečim madežem podobnim osvetljenim oblakom. Nagubani pasovi so najbolj razgibani in spominjajo na ogromne svetleče zavese, ki se gibljejo po nebu. Avrora je lahko dinamična, torej se njena oblika spreminja, ali pa statična, ko njena oblika ostaja enaka. 3.1.3 Sončev veter Sončev veter predstavlja tok nabitih delcev, na primer plazmemskih, ki izhajajo iz zgornje atmosfere zvezde. V primeru, da ti delci prihajajo iz drugih zvezd, torej ne od Sonca, imenujemo tak tok zvezdni veter. 8 8 Sončev veter [internet]. [citirano 13. 1. 2016]. Dostopno na naslovu: https://sl.wikipedia.org/wiki/son%c4%8dev_veter 11
Zgodnji modeli Sončevega vetra so uporabljali toplotno energijo za pospeševanje snovi. Dodaten mehanizem pospeševanja, ki je potreben za visoko hitrost delcev še ni znan, vendar naj bi bil povezan z magnetnimi polji v Sončevi atmosferi. Sončev veter je povezan z več pojavi, kot so geomagnetni viharji, ki lahko motijo preskrbo z elektriko na Zemlji, s polarnimi siji, z nastankom oddaljenih zvezd ter z vplivom na smer repov kometov. Sestavljajo ga protoni in elektroni visokih energij, okoli 1keV ter so zmožni uiti gravitaciji zvezde zaradi visoke temperaturne korone in velike kinetične energije. 12
4 UMETNI VIRI Svetloba je elektromagnetno valovanje zelo visokih frekvenc in nam omogoča jasno zaznavanje okolice z našim vidom. Od nekdaj je bila pomembna za lov, lažjo orientacijo in nasploh za preprostejši način življenja. Ker pa svetloba ni vedno prisotna v naravni obliki, smo si ljudje življenje olajšali z umetno svetlobo. Umetne svetlobne vire smo izumili ljudje, saj imamo od njih koristi in dandanes bi si prav težko predstavljali življenje brez njih. Umetni viri so ogenj, oljenke, sveče, petrolejke, žarnice, sijalke.njihova zgodovina je skoraj tako dolga kot zgodovina človeka. Ogenj naj bi izumili že okoli 400000 pred Kristusom, sijalke pa poznamo od 1901. Prav tako kakor naravna (sonce) tudi umetna svetila poleg vidne svetlobe sevajo še del elektromagnetne energije v nevidnem spektru. Danes pridobivamo umetno svetlobo z uporabo elektrike na dva načina: a) Termično izžarevanje: vsako telo, ki ima višjo temperaturo od okolice, seva energijo. Med umetne vire svetlobe, ki sevajo termično, prištevamo žarnice z žarilno nitko. Oddajajo prijetno svetlobo, a imajo zelo slab izkoristek. b) Luminiscenčno sevanje: splošen izraz za pojav svetlobnega sevanja pri razelektrenju v plinih in kovinskih parah. Umetni svetlobni viri, ki sevajo luminiscenčno, so sijalke. Obstajajo tudi druge vrste sevanja, npr. radioluminiscenčno v televizijskih katodnih ceveh, elektroluminiscenca kristala LED-diode, pa tudi fotoluminiscenca kresničke izzvana s kemično reakcijo. Čeprav je danes eden najpogostejših načinov izrabe svetlobe ravno elektrika, pa še vedno uporabljamo tudi druge načine. 9 4.1 ZGODOVINA UMETNIH VIROV SVETLOBE Umetna svetloba je človeku olajšala življenje predvsem v temi in temačnih prostorih. Da je do tega prišlo, je bilo potrebno veliko iznajdb, ki so jih izumili znanstveniki (o tem več v poglavju o izumiteljih), in nam s tem predstavili lažjo obliko življenja od začetka zgodovine človeka. Iznajdbe so se le še izboljšale. Eno najpomembnejših odkritij v prazgodovini je bil ogenj. Predstavlja najstarejši umetni vir, ob odkritju pa je pomenil toploto in svetlobo. Je oksidacija materiala v kemičnem procesu, ki sprošča toploto, svetlobo in ostale kemijske proizvode, Zanj pa potrebujemo toploto, kisik in vnetljivo snov, ki mora priti v stik s temperaturo, višjo od temperature vžiga te snovi. Nenadzorovan ogenj se lahko razširi v požar, nastane pa lahko spontano v naravi in zato ga 9 Wikipedija. 2015. Light. [internet]. [citirano 15.7.2015]. Dostopno na naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/light) 13
lahko uvrščamo tudi v naravne izvire svetlobe. Ker pa so se ga ljudje naučili uporabljati in iz njega delati svetila (sveče, bakle), je tako postal tudi umetni vir. Čeprav je ogenj v zgodovini predstavljal najpomembnejše svetilo, danes uporabljamo njegov svetlobni efekt predvsem za zabavo in estetski učinek, kot so npr. ognjemeti insvečke, kar pa velja za razvitejše države, v nerazvitih državah ali plemenih ogenj še vedno igra prvinsko vlogo tudi kot svetilo. 10 4.2 UPORABA UMETNIH VIROV SVETLOBE Ker sonce ne sije 24 ur na dan in 7 dni na teden, smo ljudje izumili različne umetne svetlobne vire, s katerimi si olajšamo življenje. Ta svetila nas obdajajo povsod in jih tudi uporabljamo na različnih področjih življenja. V prometu, pri fotografiranju ingojenju rastlin, v športnih dvoranah, gledališčih in drugih stavbah Povsod so zelo pomembna in imajo v večini enako funkcijo, torej osvetljevanje prostora. Vendar pa je ta svetloba včasih veliko pomembnejša kot le osvetlitev. Na primer pri fotografiranju je fotografom zelo pomembno, kakšna je svetloba in kam pada, tudi pri gojenju rastlin svetilka ne oddaja le svetlobe, ampak tudi toploto. Danes uporabljamo umetno svetlobo tudi za osvetlitev različnih vrst tehnologij, kot npr. televizije in računalnika. Toda na nas kot tudi na živalski in rastlinski sistem nimajo vedno pozitivnega učinka. (Povzeto po: Izvor Svetlobe in Instrumenti Za Osvetljevanje: IZVORI SVETLOBE IN INSTRUMENTI ZA OSVETLJEVANJE, str. 56-87) 4.3 ONESNAŽEVANJE Umetni svetlobni viriimajo tudi slabo stran, saj zelo onesnažujejo okolje. To je eden večjih problemov v Sloveniji in po svetu, saj jeslovenija na drugem mestu po svetlobni onesnaženosti v Evropi. Svetlobna onesnaženost preprečuje pogled na nočno nebo, povzroča umiranje nekaterih živali, predvsem žuželk, ki jih moti pri delovanju, posledično pa to vpliva na naš ekosistem. 4.3.1 Vplivi svetlobnega onesnaževanja a) Zmanjšanje varnosti v prometu: prevelika osvetljenost ali svetleča se svetloba voznikom bolj otežuje in škoduje, kakor pomaga, zato je včasih bolje, da je cesta manj osvetljena. b) Osvetljeni reklamni panoji: so vse prej kakor koristni, saj odvračajo pozornost voznikov in onesnažujejo okolje. c) Astronomija: nočno nebo nam je zaradi premočne razsvetljave in onesnaženosti čedalje manj vidno, vpliva pa tudi na zmanjševanje učinkovitosti astronomske opreme. Ponekod so vidne le še najsvetlejše zvezde. č) Ekonomija: za delovanje umetnih virov svetlobe je potrebna energija. Zanjo v Evropi letno porabimo okoli 2 milijardi evrov, ta pa se pretvori v svetlobo, ki se razprši v nebo. 10 Wikipedija. 2015. Light. [internet]. [citirano 15.7.2015]. Dostopno na naslovu: https://en.wikipedia.org/wiki/light) 14
d) Ekologija: svetlobno onesnaževanje in pretirana uporaba umetnih svetlobnih virov povzročata umiranje nekaterih vrst rastlin in živali, saj ta zmoti njihovo delovanje, jih pretirano odbija in zmede. To pa seveda močno vpliva na naš ekosistem. 11 4.3.2 Vpliv umetne svetlobe na človeka Umetni viri svetlobe na ljudi vplivajo zelo slabo, sajpovzročajo motnje bioritma in nekatere vrste raka (na dojkah in na debelem črevesu). Kljub prej omenjenim pozitivnim lastnostim pa je naravna svetloba v svojih časovnih okvirih namenjena človeku in našemu organizmu tudi najbolj zaželena. Veliko današnjih žarnic uporablja belo svetlobo, ki zajema vse nam vidne barvne spektre, halogenske luči in drugačne žarnice (UV, infrardeča svetloba, obarvane žarnice) pa zajemajo samo dele nam vidnih svetlobnih spektrov. V takem okolju naš organizem ni navajen živeti, zato se ob daljšem času, ko smo izpostavljeni takemu okolju, ne počutimo dobro. Ob prisotnosti bele svetlobe (svetloba vročih predmetov, tudi sonca) smo budni, ko pa ta začne upadati, se v nas začne sproščati hormon melatonin, ki nas pripravlja na spanec. To se začne dogajati že nekaj časa pred dejanskim spancem, prisotnost umetne bele svetlobe pa to preprečuje. Na to ima posebej velik vpliv spekter modre svetlobe, ki pa se močno nahaja v vseh elektronskih napravah. Danes že obstajajo že programi, ki omogočajo upad modre svetlobe proti večeru, tako ekran deluje bolj rdečkast. Kljub naraščajoči znanosti pa večino luči z belo svetlobo še vedno ugasnemo točno pred spanjem, posledično pa je to manj kvalitetno. V zimskem delu leta pa je umetna svetloba dodaten antidepresiv, saj primanjkuje naravne svetlobe, prav tako se s svetlobo lahko izvajajo različne terapije zdravljenja, čiščenja kože ipd. 12 4.4 UMETNI VIRI OD ZAČETKOV ČLOVEŠTVA DO DANES Razsvetljevanje prostorov je bilo velik izziv človeštva, s katerim smo se ubadali na številne različne načine. To je bila zelo pomembna naloga, saj bi si s tem omogočili opravljanje različnega dela tudi ponoči, ko nam naravna svetloba, Sonce, ne pomaga več. 4.4.1 Od začetkov človeštva do konca starega veka Pri iskanju prvih virov umetne svetlobe nam pomagata dve razlagi. Prva pravi, da se je zgodovina umetne svetlobe začela okoli 400000 pr. n. št. z uporabo ognja. To odkritje ognja je bilo najverjetneje nesreča. 13 Najboljše pojasnilo, ki ga imamo, pravi, da je strela zadela drevo 11 Potočnik, E. 2006. Svetlobno onesnaževanje in astronomija. Ljubljana: Gimnazija v Šentvid, Ljubljana. Str. 27-33. http://www2.arnes.si/~gljsentvid10/sve_onesnaz_raz_eva_poto05_06_.html) 12 Kresser. K. 2013. How artificial light is wrecking your sleep, and what to do about it [internet] [citirano: 2.1.2016] dostopno na naslovu: http://chriskresser.com/how-artifi cial-light-is-wrecking-your-sleep- andwhat-to-do-about-it/ 13 History if Lightning [internet].2013. [citirano 15.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.historyoflightning.net/ 15
ali grm, ki se je zaradi tega vnel. Dokler sta drevo ali grm gorela, so ljudje imeli svetlobo, tudi ko je Sonce že zašlo. Tak vir svetlobe je bil težko prenosljiv, a vseeno je nekaj dokazov o uporabi ognja v jamah, v katere so se zatekali praljudje. Glavna dokaza sta dva, in sicerprvi so saje, ki jih je ogenj dvigal na strop jam inso vidne tudi danes. Seveda je težko določiti točen datum, saj so bile jame v uporabi kot zavetišče pred naravnimi pojavi in plenilci mnogo stotisočletij. Drugi dokaz pa je jasnejši, to so namreč jamske slike, ki so bile naslikane globoko v notranjosti jam. Tam bi bilo premalo dneve svetlobe, da bi jih ljudem uspelo ljudem naslikati in iz tega lahko sklepamo, da so uporabljali nek drug vir svetlobe. Če opazujemo tudi saje, ki so prisotne ob slikah, lahko zelo gotovo rečemo, da je bil vir te svetlobe ogenj, ki je bil prenešen v notranjost jam. Z vidika drugih virov pa prva uporaba umetne svetlobe sovpada z uporabo bakel, ki pa se časovno preveč ne razlikuje od prvega vidika. Bakla je po definiciji neke vrste palica, ki ima neko močno vnetljivo snov na enem koncu. Najpogosteje ima na tem koncu cunjo, ki je namočena v neko vnetljivo tekočino. A bakle so lahko tudi bolj preproste in prve so verjetno tudi bile. Z njimi je človeštvo pridobilo zmožnost nečesa, kar je pri prvi razlagi irelevantno, in sicer mobilnost vira svetlobe, s čimer se je uporabnost svetlobe močno povečala. Sprva so jo uporabljali le omejeno, saj ljudje niso dosegli, da bi bakla gorela dalj časa, a sosčasoma baklo nadgradili. Kasnejše civilizacije so naredile velik preskok, ko so začele izdelovati bakle z mešanico žvepla in apna, ki so jih prevzeli tudi Rimljani. Njihova glavna izboljšava glede na pretekle poskuseje bila odpornost na gašenje z vodo. To je omogočilo zunanjo razsvetljavo tudi ob deževnih nočeh. Bakle na splošno pa so v prvih civilizacijah uporabljali poleg razsvetljave notranjih prostorov ponoči in podnevi, pri različnih verskih prireditvah in proslavah. Bakla pa je znana tudi po uporabi v antični Grčiji med olimpijskimi igrami, ko je tekom tekmovanja gorela v templju boginje Here. 14 Naslednji vir umetne svetlobe, sveča, je prav tako vezana na dve različni pokrajini, v katerih naj bi jo prvič uporabili. Za razliko od bakle je ostala praktično nespremenjena od svojih začetkov pa do danes. Prvič naj bi bila v uporabi okoli 200 let pr. n. št., in sicer v Indiji in na Kitajskem pod Qin dinastijo. Razlika med tema dvema civilizacijama je, da so jo na Kitajskem izdelali iz kitove masti, v Indiji pa iz voska, ki je nastal z vretja cimeta. V času do 40 let pr. n. št. so eksperimentirali z različnimi substancami in tako se je okrog leta 100 pr. n. št. pojavila variacija z ribjim oljem, a najbolj uspešna je prav iz časa 40 let pr. n. št., in to je bil čebelji vosek, ki je ostal v uporabi vse do iznajdbe sintetičnih materialov. Poleg materiala, iz katerega je sveča, se je izboljševala tudi nitka, na kateri gori njen plamen. Uporabljali so vse od papirja, lanu do konoplje, kot najboljša pa se je izkazala prepletena nitka iz bombaža. V Evropo so koncept sveče prinesli nomadi v času upadanja moči Zahodnega rimskega cesarstva. Ta se je izjemno hitro razširil po regijah, ki so bile izven rimskega vpliva. 15 Zadnji večji vir umetne svetlobe v tem času so bile oljne svetilke, ki bi jih lahko opisali kot najbolj tehnološko napredne od vseh omenjenih. V osnovi je taka svetilka le neke vrste 14 History of Tourches [internet].2013.history of Lightning [citirano 15.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.historyoflightning.net/lighting-history/history-of-tourches/ 15 History of Candles[internet].2013.History of Lightning. [citirano 15.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.historyoflightning.net/lighting-history/history-of-candles/ 16
posoda, ki uporablja olje za vzdrževanje ognja. V različnih osnovnih oblikah je bila prisotna že okoli leta 60000 pr. n. št., a masovno so jo začeli uporabljati šele stari Grki. Takrat je bilo ohišje iz gline, kovine ali kamna, za gorivo pa so uporabljali različne snovi, npr. različna olja (olivno, sezamovo, ribje in kitovo) in tudi vosek (najpogosteje čebelji). V taki obliki so ostale dalj časa. Poleg tega, da ima funkcije, ki jih premoreta tudi ostala omenjenavira, oljna svetilka izstopa predvsem zaradi dveh drugih primerov rabe. Eden od njiju je delo v rudnikih, pri katerem je bil eksplozivni zemeljski plin edina nevarnost. Druga pomembna naloga pa je bila raba v svetilnikih. 16 4.4.2 Umetni viri v srednjem veku Srednji vek ni splošno znan kot obdobje velikih izumov in napredka. Zanj obstaja celo izraz»mračno obdobje«, ki pa ga lahko razumemopredvsem evropocentrično glede na to, da so različne kulture izven Evrope po svetu prav v tem obdobju poznale največji razvoj. Eden izmed razlogov, zakaj pa bi srednjemu veku lahko pripisali to ime, je, predvsem z vidika današnjega časa, veliko pomanjkanje odkritij na področju svetlobe, ki v primerjavi s starim vekom in antiko ni prineslo nikakršnih večjih premikov. Tako kot skozi celotno zgodovino pred iznajdbo elektrike in kasneje žarnice se je razsvetljava v srednjem veku zanašala predvsem na ogenj. Pravzaprav se je izbira virov svetlobe v zgodnjem veku glede na antično dobo zelo zožila, saj naj bi nazadovali za skoraj tisočletje nazaj. Ljudski pregovor celo pravi:»zvečer s kuram spat, zjutraj s ptički vstat, dan je treba iskat,«in zelo dobro opiše, kako so se takratni ljudje prilagajali ritmu dneva in noči. Zaradi pomembnosti in vpliva vere se je uporaba sveč razširila iz cerkva povsod naokoli, dokler ni močno prevladala nad vsemi ostalimi viri. Razsvetljava v domovih je bila omejena le na najnujnejše. Ljudje so jihrazsvetljevali z ognjem iz ognjišč, ki so bila nekakšno središče hiše, kjer so se ljudje družili. Ognjišča pa niso nudila le svetlobe, temveč so bila poleg tega tudi pomemben vir toplote, uporabljali pa so jih tudi za kuho. V graščinah, kjer so si ljudje lahko privoščili več, so imeli poleg velikih ognjišč in ogromnih steklenih oken tudi bakle in trske, s katerimi so razsvetljevali majhne sobane in slabo osvetljene prostore. V poznem srednjem veku so si ljudje z nastankom in širitvijo mest in s tem tudi mestnega življenja zgradili hiše in jih oblikovali po svojem okusu, velikokrat opremljene z bogato okrašenimi svetili. Uporabljali so oljenke in sveče, okrasje pa je bilo največkrat narejeno iz medenine, ki je bila veliko cenejša od zlata, vendar podobnega izgleda inleska. Mestne ulice pa so bile temačne. Ogenj je bil torej glavni vir svetlobe v srednjem veku, kar pa je povzročilo mnogo težav, predvsem zaradi tega, ker so bile hiše večinoma grajene iz lesa ter drugih močno vnetljivih 16 History of Oil Lamps.[internet].2013.History of Lightning. [citirano 15.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.historyoflightning.net/lighting-history/oil-lamps-history/ 17
surovin. Ogromno katastrofalnih požarov se je zanetilo v skoraj vsakem kraju, sajso ljudje gradili hiše blizu skupaj in koje zagorela prva hiša, se je zanetila še sosednja. Na splošno predstavlja»mračno obdobje«res neko težko in nazadnjaško obdobje v zgodovini človeštva, kar se kaže tudi v umetnih virih, ki so jih ljudje uporabljali za razsvetljavo. 17 4.4.3 Svetloba v novem veku V novem veku sta bila le dva glavna vira svetlobe: Sonce in ogenj. Tedaj se je že pojavil večji izkoristek Sonca, saj so hiše, predvsem v mestih, dobivale večja okna. Kljub temu pa je bila ta svetloba zadostna le za polovico dneva, zato so morali razviti čim boljše načine za pridobitev svetlobe, ki pa so bolj ali manj temeljili le na kontroliranem ognju. Eden manj uporabnih virov svetlobe so bila odprta ognjišča, ki so bila predvsem vir toplote, zaradi česar so bila neuporabna pri višjih zunanjih temperaturah. Najpogostejši vir so bile sveče, uporabljali pa so tudi oljne svetilke in bakle. Do 19. stoletja so še vedno temeljile na tehnologijah, ki so jih uporabljali Rimljani, zaradi česar so bile dokaj enostavne in primitivne. To je bil tudi razlog, da je pogosto prišlo do večjih požarov, pri katerih je pogorelo tudi več hiš. Zgrajene so bile iz kamnite, glinene ali železne posode, v katerih je bilo gorivo iz živalske ali rastlinske maščobe ter stenj (vrvica, napojena z gorivom). Bogatejši so za gorivo pogosto uporabljali čebelji vosek, ki je dajal jasen, dišeč in dolgo trajajoč plamen. Na splošno je bil razen za bogate in tiste, ki so imeli goriva v izobilju, ta vir svetlobe še vedno dragocen in racionalno uporabljen, kar je tudi razlog, damesta najprej bolj ali manj sploh niso imela javne razsvetljave, civilni red pa je prepovedoval, da bi se ljudje ponoči zadrževali zunaj. Javna razsvetljava se je začela pojavljati šele v 18. stoletju, upravljale so jo mestne oblasti, financirana pa je bila iz davkov meščanov. Šlo je za oljne svetilke, ki so jih glede na letni čas in luno upravljali posebej za to zadolženi ljudje. Kljub temu so mesta postala dobro razsvetljena šele kasneje v 19. stoletju, ko so začeli za gorivo namesto loja uporabljati kerozin in parafin z močnejšim in čistejšim plamenom. 18 Kmalu zatem se je pojavila velika novost, plin, kot eden od stranskih produktov premoga. Začela se je abstraktna prihodnost svetlobe, konec je bilo skrbi glede vzdrževanja, menjanja vrvic, topljenja voska, plamen je imel različne nove oblike, bil je bolj kontroliran in je veliko težje ugasnil. Z izgradnjo plinovodov, najprej v bogatejših delih Londona, so se domovi med seboj in s tovarnami povezali in si s tem začeli deliti skupno usodo. Sredi 19. stoletja je plin razsvetljeval že vsa večja mesta po Evropi in ZDA. To je pomenilo veliko prednost za ta mesta, saj so trgovine, gledališča, restavracije ostali dalj časa odprti in tako se je v mestih pojavilo nočno življenje, kot ga prej niso poznali. Vzporedno s tem so se razvijale tudi druge tehnologije, predvsem električna. Leta 1879 je Thomas Edison kot prvi predstavil električno svetlobo, na kateri je delal v svojem laboratoriju skupaj z različnimi matematiki, kovači in načrtovalci. Kakor ostale novosti so tudi elektriko na začetku uporabljali predvsem bogati, z 20. stoletjem pa se 17 Milanović, D. in Urankar, N. Zgodovina 2: učbenik za drugi letnik gimnazije. 2014. Ljubljana: DZSŠe noč se je svetila. [internet], [citirano dne 15.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.gorenjskiglas.si/apps/pbcs.dll/article?aid=/20141007/c/141009857/1168/se-noc-se-je-svetila- &template=printart 18 Let there be light. 2012. [internet]. [citirano dne 15.01.2016 ]. Dostopno na naslovu: http://livingthehistoryelizabethchadwick.blogspot.si/2012/12/let-there-be-light.html 18
je ta začela uvajati tudi v domove srednjega sloja. Zrazmahom elektrike se je ta začela povezovati z definicijo modernega. 19 4.4.4 Umetni viri v moderni zgodovini Razsvetljava je namerna uporaba svetlobe za doseganje estetskih ali praktičnih učinkov. Vključuje uporabo tako umetnih virov svetlobe kot tudi dnevne sončne svetlobe. Sončna svetloba se pogosto uporablja kot glavni vir svetlobe podnevi, umetna razsvetljava pa je zelo velik potrošnik energije in predstavlja pomemben del vse porabljene energije na svetu. Umetno razsvetljavo sicer najpogosteje uporabljamo v obliki električnih luči, v preteklosti pa so v ta namen uporabljali plinsko razsvetljavo, sveče ali olje, katerih uporaba je danes močno zmanjšana. Pravilna umetna osvetlitev lahko izboljša nalogo osvetljevanja in estetiko, hkrati pa lahko pride do velikih izgub energije in škodljivih vplivov na naše zdravje. Prednost umetne svetlobe pred sončno je ta, da jo lahko prilagodimo našim potrebam. Kjer je na voljo dovolj velika količina naravne svetlobe, je umetna svetloba le njen dodatek in ima dopolnitveno vlogo. V obdobju po prvi svetovni vojni je pomen umetne svetlobe postal še veliko večji, kakor v preteklosti, čeprav je bilo mnogo osnovnih predmetov za ustvarjanje umetne svetlobe, kot je na primer žarnica, izumljenih že prej. 4.4.4.1 Žarnice a) Navadne žarnice z žarilno nitko Žarnice z žarilno nitko delujejo zaradi termičnega sevanja. Vir svetlobe je volframova nitka, ki mora žareti pri čim višji temperaturi, saj tako dobimo boljši izkoristek svetlobe in je svetloba bolj bela. Izumili so jih leta 1906. Le približno 5 % 15 % celotne dovedene energije se spremeni v vidno sevanje, vse ostalo pa je v večini termično sevanje, torej toplota. Ti svetlobni viri so zelo pogosto uporabljeni v stanovanjskih prostorih, razlogi za to pa so: nizka cena, enostavna montaža, enostavna regulacije svetlobnega toka, temperaturna neobčutljivost, število vklopov in izklopov ni bistveno za življenjsko dobo Njihova slaba lastnost pa je slab svetlobni izkoristek, zato so zelo neekonomične. b) Halogenske žarnice So pravzaprav nadgradnja žarnic z žarilno nitko. Cilj je bil zmanjšati izparevanje volframove nitke, s tem podaljšati življenjsko dobo in povečati svetlobni učinek. Izumili so jih leta 1949. Prednosti te žarnice so manjše dimenzije, uporaba pri nizkih napetostih, nimajo počrnitve steklenega balona, daljša življenjska doba, boljši svetlobni izkoristek in visok indeks barvnega videza. 19 Artificial light: How man-made brightness has changed the way we live and see forever. 2011. [internet]. [citirano dne 15.01.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.independent.co.uk/life-style/gadgets-and- tech/features/artificial-light-how-man-made-brightness-has-changed-the-way-we-live-and-see-forever- 2282563.html 19
Te žarnice uporabljamo pri razsvetljavi izložb, pisarn, pri osvetlitvi polic, povsod v moderni arhitekturi in za reflektorsko razsvetljavo pri vozilih in na drugih področjih. Največjo moč (osvetljevanje športnih dvoran, prenosni reflektorji...) imajo te žarnice v posebni palični obliki. 4.4.4.2 Sijalke Delimo jih na dve skupini: - Nizkotlačni viri: podolgovata oblika, večja prostornina, manjša moč in manjši svetlobni tokovi, manjša svetilnost, izrazito črtni spekter. - Visokotlačni viri: manjša prostornina, večja moč in večji svetlobni tokovi, velika svetilnost in črtni spekter z zveznimi področji. a) Klasične živosrebrne NT Hg (fluorescenčne) sijalke Poznamo jih v obliki ravnih steklenih cevi, različnih dolžin in premerov. So zelo ekonomični svetlobni viri in jih uporabljamo predvsem za notranjo razsvetljavo poslovnih prostorov, šol, hotelov, industrijskih objektov in tudi stanovanj. So zelo ekonomične, kar se kaže v tem, da se 25 % dovedene električne energije spremeni v vidno svetlobo, 75 % pa v toploto. b) NT Natrijeve sijalke V stekleni cevki, ki je ukrivljena v obliki črke U, sta zataljeni dve elektrodi. V prostoru je mešanica plinov argona in neona, dodana pa je majhna količina natrija. Pod vplivom pritisnjene napetosti se pojavi tok razelektrenja v mešanici plina, ki upari natrij. Natrijeve pare nam dajo večino svetlobe. Te sijalke sevajo rumeno svetlobo, zato jih uporabljamo večinoma v prometu (ceste, križišča, ulice ). c) Kompaktne (varčne) sijalke To so svetlobni viri majhnih dimenzij, ki na določenih mestih nadomeščajo žarnico na žarilno nitko. V primerjavi z omenjenimi imajo boljši svetlobni izkoristek in nižjo porabo energije. Njihova življenjska doba je odvisna od števila vklopov in izklopov ter nizke temperature in ravno zaradi tega niso primerne za uporabo na stopniščih, dvoriščih, balkonih Dandanes s temi žarnicami največkrat zamenjujemo žarnice z žarilno nitko. d) Visokotlačne živosrebrne sijalke Oddajajo pretežno UV-svetlobo, za prižig pa potrebujejo kar nekaj minut. Uporabljamo jih za javno, industrijsko, notranjo in zunanjo razsvetljavo. e) VT metalhalogenidne sijalke So nadgradnja VT Hg-sijalk, ki nam dajejo kvalitetno barvo svetlobe. Njihova prednost je v prihranku energije in izbiri štirih barv svetlobe, uporabljamo pa jih v dekorativne namene. 20 20 Izvori Svetlobe in Instrumenti Za Osvetljevanje. 5 IZVORI SVETLOBE IN INSTRUMENTI ZA OSVETLJEVANJE. str. 56-87. Svetlobni Viri in Osvetljevanje. [internet]. [citirano 4.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://rtk.ijs.si/2013/svetloba.pdf) 20
Umetna svetloba je imela zelo velik vpliv ne le pri neposredni uporabi, temveč tudi pri izdelavi in uporabi mnogih drugih predmetov, na primer leta 1938 ustvarjenega računalnika. Deset let pozneje je bila ustvarjena kamera s takoj razvito sliko, leta 1979 pa mobilni telefon. Umetna svetloba je zelo pomembna tudi pri fotografiji. Poznamo različne vire umetne svetlobe. Najosnovnejši je žarnica, pomembne pa so tudi sijalke, ki so se razvile nekoliko kasneje in so predhodnice LED-tehnologije, ki pa danes postaja vse pomembnejša. Za razliko od žarnic, ki jih lahko priključimo direktno na električno omrežje, potrebujejo sijalke zaradi svojih specifičnih lastnosti ustrezne predstikalne naprave. Nekdaj so bile predstikalne naprave narejene na podlagi magnetnih tokokrogov, danes pa se vsebolj uporabljajo elektronske predstikalne naprave. 21 Z umetno svetlobo smo danes v stiku na vsakem koraku. Po navadi ta svetloba bolj škoduje kot naravna, zato si znanstveniki prizadevajo ugotoviti čim več načinov, kako bi zmanjšali tako svetlobno onesnaževanje kot tudi nevarnost umetne svetlobe za ljudi in okolje. Leta 2014 so dva Japonca in Američan dobili Nobelovo nagrado za fiziko zaradi izuma modre svetleče diode (LED). Ustvarili so jo z namenom, da bi izboljšali energetsko učinkovitost in 'povečali' prijaznost do okolja. Modre diode so bile izziv že desetletja, a je bilo bele žarnice z zeleno in rdečo svetlobo nemogoče ustvariti. Poleg tega naj bi bile nove LED žarnice tudi cenovno ugodnejše, saj zanje zadostuje že lokalna sončna energija. 21 Tomaž Novljan:»Svetloba na naše vedenje vpliva bolj, kot se zavedamo«. [internet]. [citirano 15.1.2016]. Dostopno na naslovu: http://www.mladina.si/114018/tomaz-novljan-svetloba-na-nase-vedenje-vpliva-bolj-kotse-zavedamo/ 21