Черный свет относится к ультрафиолетовому излучению, которое находится сразу за видимым спектром. Ультрафиолетовый свет имеет более короткие длины волн и более высокие частоты, чем видимый свет. Наиболее распространенным источником черного света является специальная лампа, которая излучает длинноволновое УФ-излучение в диапазоне UVA. Этот тип черного света имеет темно-фиолетовое свечение при работе и позволяет флуоресцентным объектам светиться.
Черный свет имеет длину волны от 315 до 400 нанометров. Этот диапазон называется UVA или длинноволновым ультрафиолетом. Коротковолновый УФ-свет, такой как UVC, чрезвычайно опасен и отфильтровывается стеклянной колбой черных лампочек.
Когда черный свет освещает определенные материалы, он возбуждает электроны, которые затем излучают видимый свет посредством флуоресценции. Это заставляет материал светиться яркими цветами под черным светом. Распространенными флуоресцентными материалами являются моющие средства для одежды, скорпионы, хлорофилл и отбеливатели для зубов.
Итак, вкратце:
– Черный свет – это ультрафиолетовое излучение с длиной волны 315–400 нм
– Он заставляет флуоресцентные объекты ярко светиться
– Черные лампы отфильтровывают опасные короткие УФ-волны
– Свет кажется нашим глазам фиолетовым
Нет, сам черный свет не виден человеческому глазу. Наши глаза могут воспринимать только длины волн от 380 до 700 нанометров. Более длинные УФ-волны черного света от 315 до 400 нм находятся за пределами того, что мы можем видеть.
Мы воспринимаем черные лампы как тускло светящиеся фиолетовым. Это происходит потому, что стеклянная колба ламп блокирует большую часть видимого света, пропуская при этом более длинноволновый УФ. Наши глаза распознают этот УФ-свет как темно-фиолетовый.
Эффекты свечения, которые мы видим под черным светом, обусловлены флуоресценцией — материалами, поглощающими УФ-излучение и повторно излучающими его в виде видимого света. Мы не можем видеть исходный черный УФ-свет напрямую.
Таким образом, хотя черный свет вызывает видимые эффекты, сам УФ-свет остается невидимым для нас. Нам нужны специальные детекторы и приборы для измерения и характеристики черного света. Наши глаза могут наблюдать только его флуоресцентные эффекты на материалах, а не сам свет.
Вкратце:
– Длины волн черного света (315–400 нм) невидимы для человеческих глаз
– Наши глаза могут видеть только свет в диапазоне 380–700 нм
– Черные лампочки кажутся тускло-фиолетовыми, поскольку они блокируют видимый свет
– Флуоресценция преобразует черный свет в видимое свечение
– Для непосредственного наблюдения черного света необходимы специальные детекторы
Нет, черный свет не следует считать цветом в традиционном смысле. Цвета возникают из видимых длин волн света примерно от 380 до 700 нм. Черный свет, как ультрафиолетовое излучение, имеет длину волны 315-400 нм, которая находится за пределами видимого спектра.
Цвета определяются конкретными видимыми длинами волн, которые достигают наших глаз. Наши глазные фоторецепторные колбочки обнаруживают красный, зеленый и синий свет, которые объединяются, чтобы создать все воспринимаемые нами цвета. Ультрафиолетовый свет не может стимулировать эти цветовые колбочки, потому что у него более короткие, невидимые длины волн.
Черный свет вызывает флуоресценцию — излучение видимого света в ответ на УФ-излучение. Свечения, которые мы видим под черным светом, являются цветами, но исходный стимулирующий УФ-свет остается невидимым. Различные флуоресцентные материалы будут светиться разными видимыми цветами при освещении одним и тем же источником черного света.
Поскольку сам черный свет остается невидимым и не может напрямую вызывать цветовые ощущения, неверно называть черный свет цветом. Он существует за пределами видимого спектра, который создает цвета. Однако видимая флуоресценция, которую вызывает черный свет, безусловно, может добавлять красочные эффекты.
Вкратце:
– Цвета возникают из видимых длин волн 380–700 нм
– Черный свет – это УФ-излучение в диапазоне 315–400 нм, за пределами видимого диапазона
– Черный свет не может напрямую стимулировать цветовые колбочки в наших глазах
– Флуоресценция, вызванная черным светом, излучает видимые цвета
– Но сам черный свет не следует считать цветом
Наиболее распространенный способ получения черного света – пропускание электрического тока через газ низкого давления, заключенный в стеклянную трубку. Это создает ультрафиолетовые линии излучения, характерные для конкретного используемого газа.
Ртутные лампы были первыми широко используемыми источниками черного света, хотя и другие газы, такие как ксенон, галлий и криптон, иногда используются сегодня. Добавление люминофоров или фильтров в оболочку позволяет настраивать спектр излучения для различных УФ-эффектов.
Вот краткое описание того, как работают эти черные лампы:
1. Электрический ток возбуждает атомы газа, такого как ртуть или ксенон
2. Возбужденные атомы производят УФ-фотоны при возвращении в более низкие энергетические состояния
3. Стеклянная оболочка пропускает длинноволновое УФ-излучение, но отфильтровывает видимое и опасное коротковолновое УФ
4. Можно добавлять люминофоры для преобразования некоторого УФ-излучения в видимый свет, придавая лампе свечение
5. Видимое свечение кажется нашим глазам фиолетовым из-за остаточного пропускания УФ
Светодиодные лампы черного света также становятся популярными. Они используют УФ-излучающий полупроводниковый чип для создания длин волн черного света. Светодиоды обладают такими преимуществами, как более холодная работа, более высокая эффективность и возможность мгновенного включения.
Подводя итог, можно сказать, что большая часть черного света создается путем электрического возбуждения газов или полупроводников для испускания ультрафиолетового излучения, при этом отфильтровывая видимый и опасный коротковолновый УФ. Лампы, кажется, светятся тусклым фиолетовым, когда некоторое более длинное УФА-излучение достигает наших глаз.
Некоторые распространенные применения черного света включают:
Безопасность и аутентификация — Многие документы, удостоверения личности, кредитные карты и валюты имеют скрытую УФ-маркировку и красители, которые светятся под черным светом. Это позволяет проверить их подлинность. Паспорта, водительские права и банкноты часто используют УФ-водяные знаки для дополнительной безопасности.
Криминалистика — Следователи используют черный свет на местах преступлений для обнаружения телесных жидкостей, отпечатков пальцев и следов по их флуоресценции. Ультрафиолетовое освещение заставляет биологические пятна, волокна, волосы и многие другие улики заметно светиться, что облегчает сбор и документирование.
Медицина — Черный свет можно использовать для диагностики определенных кожных заболеваний, которые демонстрируют аномальные образцы УФ-флуоресценции. Некоторые виды рака кожи, грибковые инфекции и витилиго демонстрируют дифференциальную флуоресценцию, которая помогает в диагностике. Стоматологи также используют УФ-свет для обнаружения скоплений зубного налета.
Флуоресцентное искусство — В искусстве с использованием черного света используются флуоресцентные краски и пигменты для создания ярких, светящихся цветов при УФ-освещении. Плакаты, фрески, ткани, скульптуры и многое другое можно подчеркнуть с помощью УФ-активных материалов. В ночных клубах часто используется УФ-освещение для усиления неонового искусства.
Инспекция — Утечки, трещины, перегрев и другие неисправности в электрических, сантехнических и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха можно обнаружить с помощью черного света. Флуоресцентные красители, добавленные в жидкости, будут светиться из-за неисправных компонентов. Утечки хладагента также ярко светятся под действием УФ-излучения.
Развлечения — Ночные клубы, вечеринки, концерты, семейные развлекательные центры и мини-поля для гольфа часто используют эффекты черного света для создания энергичной атмосферы. Флуоресцентные элементы на одежде, татуировках и украшениях светятся захватывающими способами под действием УФ-излучения.
Подводя итог, можно сказать, что черный свет имеет множество применений в таких областях, как судебная экспертиза, медицина, искусство, инженерия и развлечения, где уникальное свечение, создаваемое ультрафиолетовым возбуждением, полезно. Как видимые эффекты флуоресценции, так и само прямое УФ-излучение имеют полезные применения.
Черные огни содержат следующие основные компоненты:
Стеклянная трубка — Свет вырабатывается внутри специально покрытой стеклянной оболочки. Покрытие отфильтровывает опасное коротковолновое УФ-излучение. Кварцевое стекло обеспечивает очень глубокую передачу УФ-излучения.
Газовое заполнение — трубка заполнена газом низкого давления, таким как аргон, ртуть, ксенон или криптон, который при возбуждении испускает УФ-излучение. Каждый газ имеет характерный спектр излучения.
Электроды питания — электроды на каждом конце трубки подключаются к источнику питания и возбуждают атомы газа при протекании тока.
Фосфорное покрытие — внутренняя часть трубки может быть покрыта люминофорами, которые преобразуют часть УФ-излучения в видимый свет, вызывая свечение лампы.
Электронный балласт — схема ограничивает ток, протекающий через трубку, до оптимального уровня для производства УФ-излучения. Это предотвращает повреждение от перегрузки.
Корпус — стеклянная трубка, балласт и разъемы находятся в металлическом или пластиковом корпусе. Отражатели направляют свет.
Фильтры — иногда на трубку устанавливаются или покрываются дополнительными фильтрами для усиления определенных длин волн для специализированного использования.
Итак, вкратце, основными компонентами черного света являются стеклянная трубка, содержащая газ, электроды, люминофоры и балласт. Эти части работают вместе, чтобы эффективно производить желаемый спектр УФ-излучения. Корпус, отражатель и фильтры усиливают и направляют УФ-свет для предполагаемого применения.
Объекты светятся яркими цветами под черным светом из-за явления, называемого флуоресценцией. Ультрафиолетовые фотоны в черном свете достаточно энергичны, чтобы возбуждать внешние электроны в определенных материалах до более высоких энергетических состояний. Когда эти электроны возвращаются в свои основные состояния, избыточная энергия излучается в виде видимого света.
Такие вещества, как оптические отбеливатели, минералы, пластики и красители, содержат электроны, которые могут поглощать УФ и флуоресцировать видимые цвета. Конкретный излучаемый цвет зависит от химической структуры материала и энергетических зазоров между электронными состояниями.
Например, хлорофилл в растениях, скорпионы, витамин А и стиральные порошки — все они сильно флуоресцируют. Эти материалы поглощают высокочастотные УФ-фотоны и переизлучают более низкочастотные видимые фотоны, вызывая светящиеся цвета, которые мы можем видеть при освещении невидимым в противном случае источником черного света.
Однако не все материалы флуоресцируют. Такие материалы, как дерево, вода, металл, камень и наша кожа, не светятся под УФ-светом, потому что у них нет электронов, которые могут возбуждаться теми точными уровнями энергии, которые есть в черном свете.
Итак, вкратце, флуоресценция вызывает свечение под черным светом. Некоторые материалы поглощают УФ-фотоны и переизлучают видимый свет, часто в ярких неоновых цветах. Другие вещества не имеют подходящих электронных энергетических состояний и не флуоресцируют под УФ-светом.
Черные лампы, соответствующие стандартам безопасности освещения, обычно считаются безопасными:
– Они излучают UVA с длиной волны 315–400 нм. Это длинноволновое УФ-излучение менее опасно, чем коротковолновое UVC или UVB.
– Стеклянная колба блокирует опасное коротковолновое УФ-излучение с длиной волны менее 285 нм.
– Они работают с очень низкой интенсивностью, в отличие от мощного УФ-излучения, используемого для дезинфекции.
– Риски воздействия сводятся к минимуму, если использовать черные лампы только изредка и в течение коротких промежутков времени.
Однако неправильное или чрезмерное использование черных ламп может представлять опасность:
– Избегайте очень мощных или промышленных УФ-ламп, предназначенных для отверждения, дезинфекции или проверки.
– Не используйте черные лампы, если их колба треснула или повреждена. Это может привести к небезопасной утечке УФ-излучения.
– Длительное воздействие может вызвать покраснение кожи, раздражение глаз и головные боли. Ограничьте использование менее чем 10 минутами за раз.
– УФ-излучение может повредить произведения искусства, мебель, ткани и другие материалы при многократном воздействии.
Таким образом, хотя регулируемые черные лампы не представляют особой опасности при осторожном использовании, мощные УФ-лампы или чрезмерное воздействие могут нанести вред. Следует проверить и соблюдать правила техники безопасности относительно максимальной интенсивности УФ-излучения и продолжительности воздействия. Умеренность и здравый смысл являются ключом к безопасному использованию черных ламп.
По сравнению с другими технологиями освещения, энергопотребление большинства черных ламп относительно низкое:
– Типичная 4-футовая 15-ваттная люминесцентная черная трубка потребляет около 0,2 ампер и потребляет 20 Вт с потерями на балласте.
– Это меньше мощности, чем эквивалентная по длине светодиодная трубка или лампа накаливания, которая может потреблять 24–30 Вт.
– Миниатюрные ввинчивающиеся черные лампочки потребляют всего 5–9 Вт для эффекта небольшого прожектора.
– Черные светильники с несколькими трубками будут потреблять больше энергии, но все равно меньше, чем другие многоламповые светильники.
– Сейчас доступны светодиодные черные лампы, которые потребляют всего 1–4 Вт для производства УФ-излучения, даже меньше, чем люминесцентные типы.
Таким образом, хотя черный свет кажется довольно ярким, фактическое производство УФ-излучения требует гораздо меньше энергии, чем видимое освещение. 100-ваттная лампа накаливания производит гораздо больше видимого света, но 15-ваттная УФ-трубка может заставить всю комнату светиться. Ограничения человеческого зрения по сравнению с УФ-эффектами создают эту эффективность.
Конечно, время работы также является фактором. Постоянное использование в качестве декоративного освещения будет потреблять больше энергии, чем периодические проверки люминесцентных ламп. Но в любом случае электрическая мощность, необходимая для черного освещения, скромна, особенно при использовании современных УФ-светодиодов. Свечение, производимое на ватт, трудно сравнить с другим освещением.
Черный свет вызывает флуоресцентное свечение в некоторых цветах, но не в других:
– Оптические отбеливатели, добавляемые для того, чтобы сделать материалы более яркими, белый/синий, будут сильно флуоресцировать под черным светом.
– Теплые пигменты, такие как красные, оранжевые и желтые, обычно не светятся под УФ-излучением. У фотонов недостаточно энергии, чтобы возбудить свои электроны.
– Зеленые/голубые красители и пигменты часто флуоресцируют под черным светом, кажущимся яркими.
– Фиолетовые или розовые флуоресцентные материалы преобразуют УФ-свет в яркие светящиеся цвета.
Так что холодные цвета с более высокой частотой фотонов с большей вероятностью будут поглощать УФ-излучение и флуоресцировать. Теплые цвета с фотонами с более низкой энергией не светятся так сильно. Белые или синие осветленные материалы будут светиться очень ярко.
Это связано с тем, что свет, излучаемый флуоресценцией, должен иметь более низкую энергию (длину волны больше), чем поглощенный свет согласно квантовой физике. Высокоэнергетические ультрафиолетовые фотоны могут легко переводить электроны в холодные, высокочастотные пигменты в светящиеся состояния.
Подводя итог, можно сказать, что флуоресцентные эффекты будут сильнее всего проявляться в более светлых или синих тонированных материалах. Теплые красноватые цвета менее склонны к свечению. Но специализированные «активные в черном свете» флуоресцентные материалы любого оттенка будут ярко светиться под ультрафиолетовым черным светом.
Черный свет может проникать через некоторые тонкие или полупрозрачные материалы, вызывая флуоресценцию предметов, даже если они заблокированы от прямого воздействия:
– Один или два слоя одежды пропускают большую часть УФ-излучения к коже или стиральным порошкам под ними, создавая эффект свечения.
– Человеческая кожа блокирует только часть черного света, позволяя подповерхностным кровеносным сосудам или прыщам стать видимыми при УФ-освещении.
– Чистая вода и пластиковая термоусадочная пленка не препятствуют значительному прохождению черного света.
– Бумага, гипсокартон, картон, ткань и тканые материалы, такие как лоза, частично прозрачны для УФ-излучения.
– Оконное стекло блокирует большую часть УФ-излучения из-за своей электронной структуры, не создавая флуоресценции внутри помещения, где источником УФ-излучения является солнечный свет. Но черный свет легко проходит для эффектов в помещении.
– Толстые, плотные, темные и отражающие материалы, такие как металлы, камень, дерево и резина, будут блокировать практически все проникновение черного света.
Подводя итог, можно сказать, что тонкие или прозрачные среды частично пропускают УФ-излучение, вызывая свечение объектов даже за ними. Но толстые, плотные, темные материалы значительно ослабляют распространение черного света.
Черный свет привлекает некоторых насекомых, но не большинство:
– Многие летающие насекомые не могут хорошо видеть УФ-свет. Однако мотыльки сильно тянутся к черному свету.
– Считается, что черный свет имитирует отражающие УФ-излучение цветы, которые мотыльки опыляют ночью. Они сбивают с толку и привлекают мотыльков, ищущих нектар.
– Другие чувствительные к УФ-излучению насекомые, такие как скорпионницы и грибные комарики, также могут быть привлечены.
– Пчелы, осы, мухи, комары и бабочки, как правило, не привлекаются УФ-излучением в значительных количествах.
– Черный свет вокруг еды, гнили или стоячей воды может привлекать мелких мух и оппортунистических насекомых, поскольку эти области естественным образом интересуют их.
Таким образом, привлечение насекомых черным светом ограничено отдельными видами, чувствительными к УФ-излучению, такими как мотыльки и скорпионницы. Обычные вредители в большинстве случаев игнорируют УФ-освещение. Мотыльки, в частности, настоятельно вынуждены садиться на источники черного света, что делает лампы эффективными ночными ловушками для моли.
Для большинства распространенных черных ламп не требуется специальной проводки или приспособлений:
– Компактные люминесцентные черные лампы работают в любом стандартном патроне и приспособлении, предназначенном для люминесцентных ламп.
– Небольшие ввинчивающиеся светодиодные черные лампы вставляются в любой типичный патрон E26/E27.
– Более длинные трубчатые УФ-лампы могут потребовать совместимого балласта и надгробных плит в приспособлении для поддержки и потока электроэнергии. Балласты ограничивают ток.
– Промышленные, высокоинтенсивные разрядные или бактерицидные черные лампы требуют специальных совместимых приспособлений.
– Никакой специальной проводки в доме или офисе не требуется. Используются стандартные цепи переменного тока и освещения 120/220 В. Также доступны черные лампы постоянного тока 12 В.
– Любой выключатель света, вилка, диммер или таймер для стандартных лампочек будут управлять совместимыми черными лампами.
Так что для большинства общих применений черного света, таких как вечеринки или ловушки для насекомых, подойдет любой обычный светильник и проводка. Только некоторым мощным УФ-лампам нужны специальные светильники и балласты. Базовые черные лампочки предназначены для работы в стандартной инфраструктуре домашнего освещения.
Стандартные люминесцентные черные лампы требуют балласта, в то время как ввинчивающиеся КЛЛ и светодиодные черные лампы часто не требуют:
– Балласт регулирует ток через трубку, так как прямое подключение приведет к немедленному перегоранию.
– Магнитные или электронные балласты ограничивают ток до безопасного рабочего уровня.
– Балласт также обеспечивает дополнительное напряжение, необходимое для первоначальной ионизации газа и зажигания дуги.
– Без балласта люминесцентные лампы перегрузятся и выйдут из строя в течение нескольких секунд.
– Но небольшие КЛЛ и светодиодные черные лампы имеют встроенную схему ограничения тока, аналогичную внешнему балласту.
– При выборе черных светильников убедитесь в совместимости с балластом, необходимым для типа УФ-лампы.
Итак, подведем итог: трубчатые люминесцентные черные лампы, такие как обычные 4-футовые трубки, требуют внешнего балласта для управления током и зажигания дуги. Но компактные CFL и светодиодные черные лампы со встроенным балластом не требуют внешнего балласта для работы. Эквивалентность балласта встроена в основание.
И черные лампы, и ультрафиолетовые лампы испускают ультрафиолетовое излучение и производят похожие флуоресцентные эффекты. Но есть некоторые различия:
– Черный