أنواع الضوء الاصطناعي

الملخص

أنواع الضوء الاصطناعي

الضوء الاصطناعي هو شكل من أشكال الطاقة المرئية التي يُنتجها الإنسان لإضاءة الأماكن المظلمة، أو للعمل ليلًا، أو لإرسال الإشارات. وعلى عكس ضوء الشمس الطبيعي، فإن الضوء الاصطناعي يأتي من مصادر مثل المصابيح المتوهجة، ومصابيح الفلورسنت، ومصابيح LED، والليزر. ويعمل كل نوع منها بطرق مختلفة ويستهلك الطاقة بدرجات متفاوتة. يقوم العلماء والمهندسون بتصميم هذه المصابيح من خلال فهم سلوك موجات الضوء، وكيفية استخدام الطاقة، وأي المواد تُصدر الضوء بكفاءة أكبر. يساعدنا التعرف على الضوء الاصطناعي على فهم كيفية إنتاج الضوء والتحكم فيه بطرق عملية ومفيدة.

ممارسات العلوم والهندسة (SEP): تطوير النماذج واستخدامها

لاستكشاف الضوء الاصطناعي، يُنشئ العلماء والمهندسون نماذج توضّح كيفية إنتاج الأنواع المختلفة من مصادر الضوء وما يميز كل نوع منها. فقد يُظهر النموذج مثلًا كيف يستخدم مصباح LED حركة الإلكترونات عبر مادة شبه موصلة لإصدار الضوء، أو كيف يتوهج الغاز داخل مصباح الفلورسنت عند مرور التيار الكهربائي فيه. وتساعد هذه النماذج على التنبؤ بنوع الضوء الأكثر سطوعًا، أو الأعلى كفاءة في استهلاك الطاقة، أو الأطول عمرًا. وفي المدارس، يمكن صنع نماذج بسيطة لتوضيح كيفية عمل مصادر الضوء وكيف تتحول الكهرباء إلى ضوء مرئي.

أفكار الأنشطة:

• صنع نموذج لمصباح كهربائي – اصنع نماذج توضّح الأجزاء الداخلية للمصابيح المتوهجة والفلورسنت ومصابيح LED، واشرح كيف يُنتج كل نوع منها الضوء.
• ملصق كفاءة الطاقة – أنشئ عرضًا بصريًا يقارن كمية الطاقة التي يستهلكها كل نوع من أنواع الإضاءة الاصطناعية وما يعنيه ذلك للاستخدام اليومي.

المفاهيم الشمولية (CCC): البنية والوظيفة

تعمل المصابيح الاصطناعية بحسب بنيتها. فداخل المصباح الكهربائي، يتيح ترتيب الأسلاك والغازات والمواد الأخرى إصدار الضوء عند مرور الكهرباء. وتُختار المواد بحسب وظيفتها؛ فبعضها يتوهج عند تسخينه، وبعضها الآخر يتوهج عند إثارته كهربائيًا. كما يؤثر شكل المصباح أو مصباح LED في كيفية انتشار الضوء داخل الغرفة. ومن خلال تصميم البنية المناسبة، يستطيع المهندسون ابتكار مصابيح صغيرة الحجم، شديدة السطوع، طويلة الأمد، أو حتى ملونة.

أمثلة:

• البنية: سلك رفيع (فتيلة) في المصباح المتوهج يسخن حتى يتوهج.

الوظيفة: يُنتج ضوءًا دافئًا وثابتًا، لكنه يستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة.

• البنية: طبقة من مادة خاصة في مصباح LED تُحوِّل التيار الكهربائي إلى ضوء.

الوظيفة: تُنتج ضوءًا ساطعًا بكفاءة عالية ويدوم طويلًا.

• البنية: تحتوي أنابيب الفلورسنت على غاز وطلاء يضيئان عند مرور الكهرباء.

الوظيفة: يُنتج ضوءًا واسع الانتشار وباردًا، مناسبًا للمساحات الكبيرة.

البروتوكول

تضيء الغرفة على الفور عند قلب المفتاح. هذا هو الضوء الاصطناعي في العمل.

يتم إنتاج الضوء الاصطناعي بواسطة أجهزة مثل المصابيح الكهربائية ، والتي تستخدم الكهرباء لتوليد الضوء المرئي.

أحد الأمثلة على ذلك هو المصباح المتوهج ، حيث يصبح السلك الصغير ساخنا للغاية ويضيء لإعطاء الضوء.

ثم هناك ضوء الفلورسنت ، الذي يستخدم غازا وطبقة خاصة لتحويل الكهرباء إلى ضوء بحرارة أقل.

تتوهج أضواء النيون ، التي غالبا ما تظهر في علامات ملونة ، عندما تمر الكهرباء عبر غازات مثل النيون أو الأرجون.

تنبعث مصابيح البخار ، مثل تلك المستخدمة في إنارة الشوارع أو مواقف السيارات ، ألوانا زاهية عندما تسخن الكهرباء غازات مثل الصوديوم أو الزئبق.

مصابيح LED هي الأكثر توفيرا للطاقة. يستخدمون أشباه الموصلات الصغيرة لإنتاج الضوء بأقل قدر من الحرارة.

تستخدم أنواع مختلفة من المصابيح لأغراض مختلفة بناء على سطوعها ولونها وكفاءتها.

يساعدنا كل من هذه الأضواء على الرؤية والعيش بأمان عندما تغرب الشمس.

من المصابيح المتوهجة إلى علامات النيون الوامضة ، يضيء الضوء الاصطناعي حياتنا كل ليلة.