Миф о мощности источника света, выражаемой в Канделах.
Эта величина обычно трактуется ошибочно и вводит большинство людей в заблуждение. На самом же деле эта характеристика определяется как коэффициент, получаемый путем деления пиковой (максимальной) интенсивности света, найденной в луче некоего конкретного фонаря на интенсивность света от идеального точечного источника (12,6 Люмена), распространяемого равномерно во все стороны, без каких-либо рефлекторов, на определенной дистанции.
Несмотря на то, что в оценке фонарика таким способом нет ничего ошибочного, применимость такой оценки на практике весьма условна. Во-первых, измеряемая величина очень сильно меняется при малейшем изменении конструкции рефлектора и системы фокусировки и не объективно характеризует сравниваемые образцы со схожими на самом деле характеристиками. Во-вторых, за долгую историю производства ручных фонарей среди некоторых производителей сложилась традиция приводить мощность фонаря в Канделах только потому, что эта величина смотрится гораздо убедительнее, иной раз в 10 раз выше, чем у конкурентов.
Таким образом, для по-настоящему корректного сравнения фонарей необходимо знать количество света, излучаемого фонарем в Люменах. Хорошо бы так же знать, как долго фонарь в состоянии проработать без замены источника питания. Продвинутый пользователь также может поинтересоваться шириной светового луча (обычно выражаемой в угловых величинах) и средней интенсивностью в центе светового луча на известном расстоянии, обычно на 10 м.
Несмотря на то что мы уже затронули гораздо больше данных, нежели обычно указывают нам производители фонарей, этого все равно еще не достаточно, для того чтобы понять как фонарь поведет себя в рабочей обстановке. Нам, например, не известно, как интенсивность излучаемого фонарем света меняется по мере разряда источника питания, – батареи. Мы так же не знаем, как будет себя вести фонарь при низкой температуре.
Ниже, опираясь на введенные термины и понятия, мы раскроем основы построения современного ручного фонаря, которые помогут Вам сделать правильный выбор.

Батареи
Выбор типа, размера, количества и качества батарей во многом определяет мощность фонаря, стабильность его характеристик в течение рабочего периода времени и длительность этого периода. Так же выбор батарей определяет поведение фонаря при низкой температуре. С другой стороны, выбор батарей определяет габариты и массу фонаря, а так же его стоимость. С третьей стороны, способность батарей к саморазряду заметно сказывается на практическом сроке службы фонаря, то есть продолжительности его работы до следующей замены батарей.
Для начала разделим применяемые в ручных фонарях батареи на 2 категории: неперезаряжаемые и перезаряжаемые. Прежде чем поставить вопрос, какими из них следует пользоваться, рассмотрим лучшие в каждой категории. Самыми распространенными среди неперезаряжаемых батарей являются алкалайновые (щелочные) размеров AA, C, D и литиевые размера 2/3 A. Алкалайновые батареи перечисленных размеров являются самыми популярными и доступными по цене. Литиевые батареи изначально предназначены для использования в различной профессиональной аппаратуре и стоят заметно дороже. Однако литиевые батареи обладают рядом важных преимуществ. Например, по сравнению с алкалайновыми, литиевые батареи в состоянии развивать в 4 раза большую мощность без заметных потерь напряжения в течение срока службы. У алкалайновых батарей потеря напряжения столь существенна, что делает их неприменимыми в серьезных фонарях без использования специальных схем регулировки напряжения. Литиевая батарея размера 2/3 A содержит в 1,5 раза больше электрической энергии, чем алкалайновая батарея размера AA, при этом она на 30% короче, то есть компактнее, легче, имеет срок хранения около 10 лет, в то время как алкалайновая – 3-4 года. Кроме того, литиевые батареи прекрасно работают при низких температурах, когда алкалайновые вовсе теряют работоспособность. Современный рынок предлагает великое множество самых разных батарей, в основном азиатского происхождения, которые вполне пригодны для использования в детских игрушках, аудиоплейерах и т.п. SureFire применяет в качестве источника питания для большинства моделей фонарей литиевые батареи SF123A. Эти батареи выпускаются одним из самых известных и уважаемых производителей батарей в США под маркой SureFire и отличаются высоким качеством и стабильностью храктеристик.
Перезаряжаемые батареи, или попросту аккумуляторы, применяемые для питания фонарей, обладают своими преимуществами и недостатками. Традиционно, в основном для питания фонарей используются никель-кадмиевые аккумуляторы, которые выпускаются в широком ассортименте. Они тяжелее и крупнее литиевых батарей и обеспечивают такое же низкое напряжение, как и алкалайновые – на уровне 1,2 В. Аккумуляторы характеризуются очень высокой скоростью саморазряда, – выше чем у литиевых и даже алкалайновых батарей. Зато аккумуляторы хорошо работают при низкой температуре и способны удерживать стабильное напряжение в течение периода разряда. На аккумуляторах можно построить фонарь высокой интенсивности, излучающий до 500 Люменов. Но он будет значительно превосходить аналогичный на литиевых батареях по массе и габаритам. Главное достоинство аккумуляторных фонарей заключается в том, что при относительно высокой начальной стоимости, они обладают очень низкой стоимостью в эксплуатации, поскольку современные аккумуляторы выдерживают по нескольку сотен циклов перезарядки.

Да будет свет!
В течение долгого времени единственным источником света, применяемым в фонарях, были лампы накаливания с вольфрамовой нитью. В настоящее время развитие технологии привело к распространению в качестве источников света светодиодов и дуговых ламп. Их общей чертой является преобразование электрической энергии в световую и тепловую. Кроме того, все они, будь то раскаленная вольфрамовая нить в лампе накаливания, полупроводниковый светодиод или плазменная дуга излучают свет более-менее равномерно во все стороны, и для формирования направленного луча необходимо использование рефлектора.
Давайте рассмотрим, в чем разница, в особенности с точки зрения количества излучаемого света и эффективности этого излучения с точки зрения потребляемой мощности. При этом будем иметь в виду, что лампы накаливания и дуговые лампы излучают «белый свет» в довольно широком спектре, а светодиоды излучают свет в узком диапазоне, почти монохромный. Дело в том, что даже зная количество света, излучаемого источником в Люменах, мы ничего не знаем о цвете этого света. Эта информация берется отдельно, в зависимости от природы источника света. Так, например, светодиоды, излучающие холодный бело-синий свет, на самом деле являются синими светодиодами на излучающую поверхность которых нанесен слой желтого люминофора. Комбинация синего и желтого света воспринимается нашим глазом как холодный белый.

Лампы накаливания
В этой группе приборов, варьируя длину и диаметр спирали нити накаливания, можно получить источник света практически любой мощности. Кроме того, такой источник света можно легко рассчитать для использования с источником питания практически любого напряжения. Ключевым моментом в разработке фонаря на основе лампы накаливания является максимально эффективное использование электрической энергии, запасенной в источнике питания для создания света максимальной интенсивности. При успешном решении этой задачи срок службы фонаря до замены источника питания возрастает.
Количество света, излучаемого лампой накаливания, в Люменах, возрастает по мере увеличения напряжения питания. При этом возрастает и эффективность системы, так как при увеличении напряжения нить накаливания разогревается до более высокой температуры и излучает больше света на единицу потребляемой мощности. Более того, по мере увеличения температуры накала, нить излучает больше света именно в видимой глазом части спектра, что соответствует еще большей эффективности системы.
К сожалению, одновременно с увеличением температуры накала нити, сокращается срок службы лампы: сначала свет тускнеет, а потом нить просто перегорает. Для продления срока службы ламп и увеличения возможной температуры накаливания нити их колбу заполняют инертным газом, в основном ксеноном с добавлением галогенов, под высоким давлением.

Светодиоды
Ассортимент «белых» светодиодов, пригодных для использования в фонарях, не столь широк. В большинстве своем они в состоянии производить малое или среднее количество света, в Люменах, причем себестоимость получения нужного количества света получается довольно высокой. Светодиоды начинают эффективно излучать свет при довольно низких значениях напряжения питания, но по мере увеличения напряжения эффективность, в отличие от ламп накаливания, падает. Дело в том, что хотя количество излучаемого света при повышении подаваемого на светодиод напряжения возрастает, возрастает доля тепловой энергии, выделяемой на светодиоде. И если в случае с лампой накаливания эта тепловая энергия идет на пользу системе, то в случае со светодиодом – во вред. Свойства полупроводника под воздействием высокой температуры меняются, что приводит к снижению эффективности светодиода и сокращению срока его службы.
Особенность физической природы светодиодов проявляется как с положительной, так и с отрицательной стороны. Плюсы. Во-первых, набирая различное количество светодиодов в одной системе и комбинируя их включение, можно получать источник света регулируемой интенсивности при малых энергозатратах. Во-вторых срок службы светодиодных систем до замены источника питания очень велик. Минус. Светодиодные системы обладают так называемым «хвостом»: по исчерпании запаса энергии источника питания светодиоды сохраняют способность излучать свет низкой интенсивности при очень низких значениях напряжения питания. Это может длиться очень долго, поскольку электрическая эффективность системы в таком режиме значительно возрастает.
Дело в том, что, говоря об эффективности, мы имеем в виду не лампу, а готовый фонарь. А в готовом фонаре имеются потери света: через отверстие для лампы в рефлекторе, из-за поглощения части света поверхностью рефлектора, из-за отражения и поглощения части света передним стеклом или линзой… Таким образом реально используются лишь 75-80% излучаемого лампой света.

Дуговые лампы
Дуговые лампы – весьма перспективный источник света для ручных фонарей. Уже существуют прототипы, излучающие свет на уровне 2000 Люменов в течение 60-80 минут. Такой фонарь может хорошо осветить объект на расстоянии нескольких сотен метров. Применяемые в нем лампы относятся к дуговым ксеноновым лампам с разрядом высокой интенсивности (High Intensity Discharge (HID)). К сожалению, такие лампы пока довольно дороги и громоздки. Другие типы дуговых ламп, применяемые в современных ручных фонарях – металло-галоидные и ксеноновые лампы с короткой дугой. Металло-галоидные вполне могут конкурировать с лампами накаливания по уровню потребляемой мощности и эффективности, а так же по степени живучести. Однако они характеризуются очень медленным стартом – несколько секунд.
Ксеноновые лампы с короткой дугой не отличаются ни высокой эффективностью ни доступностью по цене, ни длительным сроком службы, зато обладают уникальным свойством: их свет легко фокусируется в узкий мощный луч.

Рефлекторы и линзы
Для сбора света, излучаемого лампами накаливания или дуговыми лампами, в направленный луч наиболее эффективен параболический рефлектор. Ширина получаемого луча и его интенсивность зависит от соотношения между размерами рефлектора или линзы и размерами собственно источника света. Чем больше рефлектор, тем Цитата: на большом расстоянии освещение во столько раз большее, чем источник внутри него, во сколько раз квадрат диаметра зеркала больше квадрата диаметра источника света. Этот закон может быть высказан еще иначе: прож. дает на большом расстоянии освещение такое, какое давал бы светящийся круг диаметра зеркала, если бы он сам светился с той яркостью, какую имеет источник света.
Если рассматривать источник света какого-то одного типа, то для получения от него большего количества света в Люменах необходимо увеличить размер самого излучающего элемента. При этом, если размер рефлектора зафиксировать, то получится более широкий луч такой же интенсивности.
Каждый, кто пользовался дешевыми фонарями замечал, что для большинства из них характерно неравномерное пятно света, с различными рисунками в виде колец, спиралей… Это связано с тем, что нить накаливания очень далека от идеального точечного источника света, вокруг нее возникает ореол, плюс несовершенство формы рефлектора, помещение лампы не в фокусе параболоида…
Решение проблемы – оригинальная волнистая, ячеистая поверхность рефлекторов, которая «сглаживает» луч.

Вооружившись новыми знаниями, теперь мы смело можем приступать к выбору фонаря!