Valgusallikad

Valgus

Alustuseks püüame vastata küsimusele, mis on valgus. Füüsikas öeldakse, et valgus on kiirgus, mis kannab edasi energiat ja tekitab nägemisaistingu. Seda, et kiirgus kannab edasi energiat, tõestab näiteks fakt, et päikesevalguse kätte jäetud tumedad esemed soojenevad tuntavalt.

Valguskiirgus levib väga kiiresti, näiteks tühjuses ehk vaakumis kiirusega 300 000  kms. Sellist kiirust on väga raske hoomata, aga võime seda ette kujutada näite abil: kui valgus teeks tiiru ümber maakera (u 40 000 km), siis kuluks tal selleks 0,13 sekundit. Võrdluseks,  90  kmh sõitval autol kuluks selle teekonna läbimiseks 445 tundi.

Valgus on kiirgus, mis kannab edasi energiat ja tekitab nägemisaistingu (signaal levib silmast ajju)

Mõtle!

  • Kui kaua kuluks valgusel Maa ekvaatori pikkuse vahemaa (40 000 km) läbimiseks vees, kus valguse kiirus on 2,25 · 10ms?

Andmed:

 = 150 000 000 km

 = 3 · 108 ms3·10  kms

 = ?

Millise valemiga arvutad otsitava suuruse?

  • v=ts
  • t=s·v
  • s=vt
  • s=tv
  • v=s·t
  • t=sv

Arvuta vastus ja teisenda see. Esita teisendatud vastus kümnendiku täpsusega. Kümnendkoht eralda komaga.

Vastus. Valgusel kulub Päikeselt Maale jõudmiseks  sekundit ehk  minutit.

Valgusallikas

Kust aga valgus tuleb või kus ta tekib? Valgus tekib valgusallikas. See on keha, mis kiirgab valgust ja on seetõttu nähtav olenemata sellest, kas ümbritsev ruum on pime või valge.

Valgusallikad jaotatakse töötemperatuuri järgi soojuslikeks ja külmadeks. Soojuslike valgusallikate temperatuur on keskkonna temperatuurist palju kõrgem, vähemalt 600 °C. Nende puudutamine võib nahale tekitada põletuse. Soojuslikud valgusallikad kiirgavad peale valguse ka soojust. Sellised valgusallikad on näiteks küünal või hõõglamp, valguse kiirgamiseks vajalik energia saadakse neis aineosakeste soojusliikumisest.

Hõõglamp on soojuslik valgusallikas
Küünal on soe valgusallikas

Külmade valgusallikate temperatuur ei erine oluliselt keskkonna temperatuurist. Külmad valgusallikad ei kiirga üldse soojust või teevad seda valgusest oluliselt vähem. Nendes valgusallikates saadakse valguse kiirgamiseks vajalik energia mingil muul viisil, näiteks mõne kiirguse, elektrivälja või keemilise reaktsiooni kaudu. Sellist kiirgust nimetatakse ka luminestsentsiks. Külmad valgusallikad on näiteks LED-lamp või jaaniuss.

Jõulutuledes on värvilised LED-lambid, mis kiirgavad peamiselt valgust
Külm valgusallikas on ka "säästulamp" ehk luminofoorlamp
      • küünal
      • hõõglamp
      • Päike
      • jaanimardikas
      • luminofoorlamp ehk säästupirn
      • LED–lamp

      Mõtle!

      • Milliseid soojuslikke või külmi valgusallikaid sa veel tead?

      Hõõglamp ja LED-lamp

      Hõõglamp on valgusallikas, milles tekitab valgust peenikesest volframtraadist valmistatud hõõgniit, mida kuumutatakse elektrivooluga. Hõõgniit paikneb õhukindlalt suletud pirnikujulises klaasist kestas. Sellepärast nimetatakse hõõglampi tihti elektripirniks. Elektrivool kuumutab hõõgniidi temperatuurini 2400−2700 °C ja niit hakkab eredalt hõõguma. See on võimalik, kuna volframil on kõrge sulamistemperatuur (3380 °C). Hõõglambi sisemus on täidetud mõne väärisgaasiga, näiteks argooni (Ar), krüptooni (Kr) või ksenooniga (Xe). Gaas aeglustab volframi aurumist, pikendades nii hõõgniidi tööiga.

      Hõõglambi allosas on metallist põhjakontakt ja sokkel, millega lamp kinnitub lambipessa. Hõõgniidi üks ots on ühendatud sokliga ja teine ots põhjakontaktiga. Nende kaudu ühendatakse lamp vooluringi.

      Hõõglampe on suhteliselt lihtne toota ja kasutada, kuid neil on üks suur puudus: kogu tarvitatavast elektrienergiast muutub valguseks u 5%. Ülejäänu eraldub soojusena. Hõõglambi eluiga on keskmiselt 1000–2000 tundi.

                      LED-lamp ehk leedlamp on mitmest valgusdioodist koosnev lamp. Leedlambi nimi tuleb ingliskeelsest lühendist LED (Light-Emitting Diode), mis eesti keeles tähendab valgusdioodi

                      LED-lambis muutub valguseks 80–90% elektrienergiast, kusjuures lambid on väga töökindlad ja nende eluiga on mitukümmend korda pikem kui hõõglambil. Ruumide valgustamiseks kasutatavatel LED-lampidel on hõõglambiga sarnane sokkel ja põhjakontakt, mistõttu need saab ühendada samadesse lambipesadesse. Kuna üks valgusdiood annab suhteliselt vähe valgust, on ruumide valgustamiseks kasutatavates LED-lampides kümneid või isegi sadu valgusdioode. LED-lampide miinuseks on tihti peetud seda, et nende valgus on külm, st veidi sinakas. Nüüdseks on loodud aga ka juba sooja ehk kollaka valgusega LED-id.

                      LED-lampe valmistatakse väga erineva kujuga ja mitmeks otstarbeks. Kuna osatakse valmistada ka väga väikeste mõõtmetega valgusdioode, kasutatakse neid ka telerites, nutitelefonides, arvutites ja mujalgi.

                      Valgusdiood ehk LED kiirgab valgust, kui selle sees olevast pooljuhist liigub läbi elektrivool. Kiiratava valguse värvus sõltub pooljuhi materjalist
                      LED-lamp koosneb kümnetest või isegi sadadest valgusdioodidest
                          • Lühem tööiga
                          • Muundab valguseks 80−90% elektrienergiast
                          • Pikem tööiga
                          • Soojuslik valgusallikas
                          • Külm valgusallikas
                          • Kallim
                          • Muundab valguseks u 5% elektrienergiast
                          • Odavam

                          Mõtle!

                          • Miks ei või hõõglambis olla väärisgaasi asemel õhk?
                          • Kuidas nimetatakse valgusallikat kirjeldavat arvu, mis näitab, kui suur osa tarvitatavast elektrienergiast muutub valgusallikas valguseks?

                          Lisalugemine. Jaanimardikas

                          Jaanimardikas (Lampyris noctiluca), kelle emaseid isendeid nimetatakse rahvakeeles tihti jaaniussideks, on putukaliik, keda võib juunis ja juulis kohata Eestiski. Emane jaanimardikas on tõugu moodi ja u 2 cm pikk, isased on tiibadega ja lühemad. Nad toituvad peamiselt tigudest, surmanud need enne mürgihammustusega.

                          Jaaniussidel on tagakeha tipus helendusorganid, mis võivad kiirata rohekat valgust. Valgust tekitab orgaanilise aine (lutsiferiini) lagunemise käigus vabanev energia, millest u 98% muutub valguseks. Sellist nähtust nimetatakse bioluminestsentsiks. Kuna jaaniussi kehatemperatuur on peaaegu sama mis õhutemperatuurgi, on jaaniuss külm valgusallikas. Jaaniuss meelitab oma „laternaga“ paaritumiseks kohale isased jaanimardikad. Kui paaritumine on toimunud, kustutab emane oma „laterna“, muneb kuni 50 muna ja sureb paari päeva pärast.

                          Emane jaanimardikas ehk rahvakeeli jaaniuss helendab, et meelitada isaseid liigikaaslasi
                          Lisaks jaanimardikale on olemas ka teisi bioluminestseeruvaid organisme, näiteks pildil olev helendav meduus ehk millimallikas
                          On olemas ka bioluminestseeruvad seened. Pildil on Lõuna-Austraalias kasvav šampinjonilaadne seen ladinakeelse nimega Omphalotus nidiformis
                          Surfar meres, kus vohavad bioluminestseeruvad vetikad

                          Mõtle!

                          • Millised elusorganismid veel bioluminestseeruvad?

                          Jätan meelde

                          • Valgus on energiat edasi kandev kiirgus, mis tekitab nägemisaistingu.
                          • Valgusallikas on keha, mis kiirgab valgust.
                          • Valgusallikad jagunevad soojuslikeks ja külmadeks.
                          • Soojuslike valgusallikate temperatuur on palju kõrgem keskkonna temperatuurist.
                          • Külmade valgusallikate temperatuur ei erine oluliselt keskkonna temperatuurist.
                          • Hõõglamp on soojuslik valgusallikas, milles kiirgab valgust kõrge temperatuurini kuumutatud volframtraat.
                          • LED-lamp on külm valgusallikas, kus valgust kiirgab valgusdiood, mis koosneb kahest erinevast kokkusulatatud pooljuhist.
                          • LED-lamp muudab valguseks palju suurema osa kasutatavast elektrienergiast kui hõõglamp.
                          Palun oota