Как обозначается лампочка на схеме. Обозначение лампочки на электрической схеме: полное руководство — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как правильно обозначается лампочка на электрической схеме. Какие бывают типы и виды обозначений ламп накаливания, светодиодных, люминесцентных и других источников света. Как читать электрические схемы освещения.

Содержание

Основные типы обозначений лампочек на схемах

При чтении электрических схем важно уметь распознавать условные графические обозначения различных источников света. Существует несколько основных типов обозначений лампочек:

Лампа накаливания — изображается в виде окружности с крестиком внутри
Люминесцентная лампа — обозначается прямоугольником
Светодиодная лампа — имеет специальное обозначение в виде треугольника
Галогенная лампа — похожа на обозначение лампы накаливания, но с дополнительным элементом
Прожектор — обозначается треугольником, направленным острым углом вниз

Рассмотрим подробнее каждый из этих типов обозначений.

Обозначение лампы накаливания

Классическая лампа накаливания на электрических схемах обозначается следующим образом:

Окружность диаметром 5-6 мм
Внутри окружности изображен крестик
Иногда добавляются выводы в виде коротких линий

Это самое распространенное обозначение лампочки, которое можно встретить на схемах освещения в жилых помещениях. Оно стандартизировано и используется повсеместно.

Обозначение люминесцентной лампы

Люминесцентные лампы на схемах изображаются иначе:

Прямоугольник размером примерно 10х5 мм
Внутри прямоугольника могут быть нанесены поперечные линии
По бокам прямоугольника рисуются короткие выводы

Такое обозначение позволяет легко отличить люминесцентные источники света от ламп накаливания на электрических схемах.

Как обозначается светодиодная лампа

Для светодиодных ламп используется специальное обозначение:

Равносторонний треугольник
Внутри треугольника изображена стрелка

От вершин треугольника отходят выводы

Это современное обозначение, которое все чаще встречается на схемах по мере распространения светодиодного освещения.

Обозначение галогенной лампы

Галогенные лампы обозначаются похоже на лампы накаливания, но с некоторыми отличиями:

Окружность, как у лампы накаливания
Внутри окружности — крестик
Снаружи окружности рисуется короткая дуга

Дополнительная дуга позволяет отличить галогенную лампу от обычной лампы накаливания на схеме.

Как обозначается прожектор

Для прожекторов используется следующее обозначение:

Равнобедренный треугольник, направленный острым углом вниз
От вершин треугольника отходят выводы
Внутри треугольника может быть нарисован источник света

Такое обозначение наглядно показывает направленный характер светового потока прожектора.

Дополнительные элементы в обозначениях ламп

Помимо основных символов, обозначения ламп могут включать дополнительные элементы:

Буквенные обозначения типа лампы (Л — лампа накаливания, ЛЛ — люминесцентная и т.д.)
Цифровые обозначения мощности
Стрелки, показывающие направление светового потока
Символы степени защиты (IP20, IP44 и т.п.)

Эти дополнительные элементы позволяют отразить на схеме больше информации о конкретном источнике света.

Обозначение групп светильников

На схемах освещения больших помещений часто обозначают не отдельные лампы, а группы светильников:

Несколько одинаковых символов ламп, объединенных линией
Один символ лампы и цифра, показывающая их количество
Прямоугольник с указанием типа и количества светильников внутри

Это позволяет упростить схему при большом количестве однотипных источников света.

Как читать схемы освещения

При чтении схем освещения важно обращать внимание на следующие моменты:

Типы используемых источников света по их обозначениям
Способ подключения (параллельное, последовательное)
Наличие выключателей и их тип
Разделение на группы освещения
Мощность и другие характеристики ламп

Понимание этих аспектов позволит правильно интерпретировать схему и представить реальное расположение осветительных приборов.

Стандарты обозначений в электрических схемах

Обозначения источников света на электрических схемах регламентируются следующими стандартами:

ГОСТ 2.701-2008 — Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению
ГОСТ 2.702-2011 — Правила выполнения электрических схем
ГОСТ 2.721-74 — Обозначения условные графические в схемах. Обозначения общего применения
ГОСТ 21.608-2014 — Правила выполнения рабочей документации внутреннего электрического освещения

Знание этих стандартов позволяет правильно читать и создавать электрические схемы освещения.

Отличия в обозначениях в разных странах

Обозначения ламп на электрических схемах могут отличаться в разных странах:

В США и Канаде используются несколько иные символы ламп
В европейских странах обозначения близки к российским стандартам
В Японии применяется своя система обозначений

При работе с зарубежными схемами важно учитывать возможные отличия в обозначениях.

Заключение

Умение читать обозначения ламп и других источников света на электрических схемах — важный навык для электриков, проектировщиков и всех, кто работает с системами освещения. Зная основные типы обозначений и правила их использования, можно легко разобраться в любой схеме освещения и правильно спроектировать новую систему.

Как обозначается лампочка на схеме

Чтобы понять, что конкретно нарисовано на схеме или чертеже, необходимо знать расшифровку тех значков, которые на ней есть. Это распознавание еще называют чтением чертежей. А чтоб облегчить это занятие почти все элементы имеют свои условные значки. Почти, потому что стандарты давно не обновлялись и некоторые элементы рисуют каждый как может. Но, в большинстве своем, условные обозначения в электрических схемах есть в нормативны документах.

Условные обозначения в электрических схемах: лампы,трансформаторы, измерительные приборы, основная элементная база

Нормативная база

Разновидностей электрических схем насчитывается около десятка, количество различных элементов, которые могут там встречаться, исчисляется десятками если не сотнями. Чтобы облегчить распознавание этих элементов, введены единые условные обозначения в электрических схемах. Все правила прописаны в ГОСТах. Этих нормативов немало, но основная информация есть в следующих стандартах:

Нормативные документы, в которых прописаны графические обозначения элементной базы электрических схем

Изучение ГОСТов дело полезное, но требующее времени, которое не у всех есть в достаточном количестве. Потому в статье приведем условные обозначения в электрических схемах — основную элементную базу для создания чертежей и схем электропроводки, принципиальных схем устройств.

Обозначение электрических элементов на схемах

Некоторые специалисты внимательно посмотрев на схему, могут сказать что это и как оно работает. Некоторые даже могут сразу выдать возможные проблемы, которые могут возникнуть при эксплуатации. Все просто — они хороша знают схемотехнику и элементную базу, а также хорошо ориентируются в условных обозначениях элементов схем. Такой навык нарабатывается годами, а, для «чайников», важно запомнить для начала наиболее распространенные.

Обозначение светодиода, стабилитрона, транзистора (разного типа)

Электрические щиты, шкафы, коробки

На схемах электроснабжения дома или квартиры обязательно будет присутствовать обозначение электрического щитка или шкафа. В квартирах, в основном устанавливается там оконечное устройство, так как проводка дальше не идет. В домах могут запроектировать установку разветвительного электрошкафа — если из него будет идти трасса на освещение других построек, находящихся на некотором расстоянии от дома — бани, летней кухни, гостевого дома. Эти другие обозначения есть на следующей картинке.

Обозначение электрических элементов на схемах: шкафы, щитки, пульты

Если говорить об изображениях «начинки» электрических щитков, она тоже стандартизована. Есть условные обозначения УЗО, автоматических выключателей, кнопок, трансформаторов тока и напряжения и некоторых других элементов. Они приведены следующей таблице (в таблице две страницы, листайте нажав на слово «Следующая»)

Элементная база для схем электропроводки

При составлении или чтении схемы пригодятся также обозначения проводов, клемм, заземления, нуля и т.д. Это то, что просто необходимо начинающему электрику или для того чтобы понять, что же изображено на чертеже и в какой последовательности соединены ее элементы.

Пример использования приведенных выше графических изображений есть на следующей схеме. Благодаря буквенным обозначениям все и без графики понятно, но дублирование информации в схемах никогда лишним не было.

Пример схемы электропитания и графическое изображение проводов на ней

Изображение розеток

На схеме электропроводки должны быть отмечены места установки розеток и выключателей. Типов розеток много — на 220 В, на 380 в, скрытого и открытого типа установки, с разным количеством «посадочных» мест, влагозащищенные и т.д. Приводить обозначение каждой — слишком длинно и ни к чему. Важно запомнить как изображаются основные группы, а количество групп контактов определяется по штрихам.

Обозначение розеток на чертежах

Розетки для однофазной сети 220 В обозначаются на схемах в виде полукруга с одним или несколькими торчащими вверх отрезками. Количество отрезков — количество розеток на одном корпусе (на фото ниже иллюстрация). Если в розетку можно включить только одну вилку — вверх рисуют один отрезок, если два — два, и т.д.

Условные обозначения розеток в электрических схемах

Если посмотрите на изображения внимательно, обратите внимание, что условное изображение, которое находится справа, не имеет горизонтальной черты, которая отделяет две части значка. Эта черта указывает на то, что розетка скрытого монтажа, то есть под нее необходимо в стене сделать отверстие, установить подрозетник и т.д. Вариант справа — для открытого монтажа. На стену крепится токонепроводящая подложка, на нее сама розетка.

Также обратите внимание, что нижняя часть левого схематического изображения перечеркнута вертикальной линией. Так обозначают наличие защитного контакта, к которому подводится заземление. Установка розеток с заземлением обязательна при включении сложной бытовой техники типа стиральной или посудомоечной машины, духовки и т.д.

Обозначение трехфазной розетки на чертежах

Ни с чем не перепутаешь условное обозначение трехфазной розетки (на 380 В). Количество торчащих вверх отрезков равно количеству проводников, которые к данному устройству подключаются — три фазы, ноль и земля. Итого пять.

Бывает, что нижняя часть изображения закрашена черным (темным). Это обозначает что розетка влагозащищенная. Такие ставят на улице, в помещениях с повышенной влажностью (бани, бассейны и т.д.).

Отображение выключателей

Схематическое обозначение выключателей выглядит как небольшого размера кружок с одним или несколькими Г- или Т- образными ответвлениями. Отводы в виде буквы «Г» обозначают выключатель открытого монтажа, с виде буквы «Т» — скрытого монтажа. Количество отводов отображает количество клавиш на этом устройстве.

Условные графические обозначения выключателей на электрических схемах

Кроме обычных могут стоять проходные выключатели — для возможности включения/выключения одного источника света из нескольких точек. К такой же небольшой окружности с противоположных сторон пририсовывают две буквы «Г». Так обозначается одноклавишный проходной переключатель.

Как выглядит схематичное изображение проходных выключателей

В отличие от обычных выключателей, в этих при использовании двухклавишных моделей добавляется еще одна планка, параллельная верхней.

Лампы и светильники

Свои обозначения имеют лампы. Причем отличаются лампы дневного света (люминесцентные) и лампы накаливания. На схемах отображается даже форма и размеры светильников. В данном случае надо только запомнить как выглядит на схеме каждый из типов ламп.

Изображение светильников на схемах и чертежах

Радиоэлементы

При прочтении принципиальных схем устройств, необходимо знать условные обозначения диодов, резисторов, и других подобных элементов.

Условные обозначения радиоэлементов в чертежах

Знание условных графических элементов поможет вам прочесть практически любую схему — какого-нибудь устройства или электропроводки. Номиналы требуемых деталей иногда проставляются рядом с изображением, но в больших многоэлементных схемах они прописываются в отдельной таблице. В ней стоят буквенные обозначения элементов схемы и номиналы.

Буквенные обозначения

Кроме того, что элементы на схемах имеют условные графические названия, они имеют буквенные обозначения, причем тоже стандартизованные (ГОСТ 7624-55).

Название элемента электрической схемы	Буквенное обозначение
1	Выключатель, контролер, переключатель	В
2	Электрогенератор	Г
3	Диод	Д
4	Выпрямитель	Вп
5	Звуковая сигнализация (звонок, сирена)	Зв
6	Кнопка	Кн
7	Лампа накаливания	Л
8	Электрический двигатель	М
9	Предохранитель	Пр
10	Контактор, магнитный пускатель	К
11	Реле	Р
12	Трансформатор (автотрансформатор)	Тр
13	Штепсельный разъем	Ш
14	Электромагнит	Эм
15	Резистор	R
16	Конденсатор	С
17	Катушка индуктивности	L
18	Кнопка управления	Ку
19	Конечный выключатель	Кв
20	Дроссель	Др
21	Телефон	Т
22	Микрофон	Мк
23	Громкоговоритель	Гр
24	Батарея (гальванический элемент)	Б
25	Главный двигатель	Дг
26	Двигатель насоса охлаждения	До

Обратите внимание, что в большинстве случаев используются русские буквы, но резистор, конденсатор и катушка индуктивности обозначаются латинскими буквами.

Есть одна тонкость в обозначении реле. Они бывают разного типа, соответственно маркируются:

реле тока — РТ;
мощности — РМ;
напряжения — РН;
времени — РВ;
сопротивления — РС;
указательное — РУ;
промежуточное — РП;
газовое — РГ;
с выдержкой времени — РТВ.

В основном, это только наиболее условные обозначения в электрических схемах. Но большую часть чертежей и планов вы теперь сможете понять. Если потребуется знать изображения более редких элементов, изучайте ГОСТы.

Нормативная база

Нормативные документы, в которых прописаны графические обозначения элементной базы электрических схем

Обозначение электрических элементов на схемах

Обозначение светодиода, стабилитрона, транзистора (разного типа)

Электрические щиты, шкафы, коробки

Обозначение электрических элементов на схемах: шкафы, щитки, пульты

Номер	Название	Изображение на схеме
1	Автоматический выключатель (автомат)

2Рубильник (выключатель нагрузки)3Тепловое реле (защита от перегрева)4УЗО (устройство защитного отключения)5Дифференциальный автомат (дифавтомат)6Предохранитель7Выключатель (рубильник) с предохранителем8Автоматический выключатель со встроенным тепловым реле (для защиты двигателя)9Трансформатор тока10Трансформатор напряжения11Счетчик электроэнергии12Частотный преобразователь13Кнопка с автоматическим размыканием контактов после нажатия14Кнопка с размыканием контактов при повторном нажатии15Кнопка со специальным переключателем для отключения (стоп, например)

Элементная база для схем электропроводки

НомерНазваниеОбозначение электрических элементов на схемах1Фазный проводник2Нейтраль (нулевой рабочий) N3Защитный проводник («земля») PE4Объединенные защитный и нулевой проводники PEN5Линия электрической связи, шины6Шина (если ее необходимо выделить)7Отводы от шин (сделаны при помощи пайки)

Пример схемы электропитания и графическое изображение проводов на ней

Изображение розеток

Обозначение розеток на чертежах

Условные обозначения розеток в электрических схемах

Обозначение трехфазной розетки на чертежах

Отображение выключателей

Условные графические обозначения выключателей на электрических схемах

Как выглядит схематичное изображение проходных выключателей

Лампы и светильники

Изображение светильников на схемах и чертежах

Радиоэлементы

Условные обозначения радиоэлементов в чертежах

Буквенные обозначения

Название элемента электрической схемыБуквенное обозначение1Выключатель, контролер, переключательВ2ЭлектрогенераторГ3ДиодД4ВыпрямительВп5Звуковая сигнализация (звонок, сирена)Зв6КнопкаКн7Лампа накаливанияЛ8Электрический двигательМ9ПредохранительПр10Контактор, магнитный пускательК11РелеР12Трансформатор (автотрансформатор)Тр13Штепсельный разъемШ14ЭлектромагнитЭм15РезисторR16КонденсаторС17Катушка индуктивностиL18Кнопка управленияКу19Конечный выключательКв20ДроссельДр21ТелефонТ22МикрофонМк23ГромкоговорительГр24Батарея (гальванический элемент)Б25Главный двигательДг26Двигатель насоса охлажденияДо

Есть одна тонкость в обозначении реле. Они бывают разного типа, соответственно маркируются:

реле тока — РТ;
мощности — РМ;
напряжения — РН;
времени — РВ;
сопротивления — РС;
указательное — РУ;
промежуточное — РП;
газовое — РГ;
с выдержкой времени — РТВ.

Заявленная мощность – предельная величина потребляемой в текущий период регулирования мощности, определенная соглашением между сетевой организацией и потребителем услуг по передаче электрической энергии, исчисляемая в мегаваттах

Дата введения 2015-07-01

10 Условные графические изображения светильников и прожекторов

10.1 Условные графические изображения светильников и прожекторов при раздельном изображении на плане оборудования и электрических сетей приведены в таблице 6.

1 Светильник с лампой накаливания, галогенной лампой накаливания

2 Светильник с компактными люминесцентными лампами

3 Светильник светодиодный формы, отличной от линейной

4 Светильник с линейными люминесцентными лампами

Примечание – Допускается светильник с линейными люминесцентными лампами изображать в масштабе чертежа.

5 Светильник линейный светодиодный

Примечание – Допускается светильник линейный светодиодный изображать в масштабе чертежа.

6 Светильник с разрядной лампой высокого давления

7 Прожектор. Общее изображение

8 Светильник для аварийного освещения. Пример

9 Светильник для специального освещения (световой указатель). Общее изображение

10.2 Условные графические изображения светильников и прожекторов при совмещенном изображении на плане оборудования и электрических сетей приведены в таблице 7.

1 Светильник с лампой накаливания, галогенной лампой накаливания

2 Светильник с компактными люминесцентными лампами

3 Светильник светодиодный формы, отличной от линейной

4 Светильник с линейными люминесцентными лампами

Примечание – Допускается светильник с люминесцентными лампами изображать в масштабе чертежа.

5 Светильники с линейными люминесцентными лампами, установленные в линию

6 Светильник линейный светодиодный

Примечание – Допускается светильник линейный светодиодный изображать в масштабе чертежа.

7 Светильники линейные светодиодные, установленные в линию

8 Светильник с разрядной лампой высокого давления

10 Светильник-световод щелевой

11 Прожектор. Общее изображение

12 Группа прожекторов с направлением оптической оси в одну сторону*

13 Группа прожекторов с направлением оптической оси во все стороны

Примечание – Направление проекций осевых лучей прожекторов указывают при конкретном проектировании.

Обозначение на схемах лампочек, выключателей света , розеток

Автор Alexey На чтение 5 мин. Просмотров 2.5k. Опубликовано 19.01.2016 Обновлено 20.01.2016

Умение читать электротехнические схемы, способность распознавать на чертеже дома обозначенные символами различные условные графические обозначения коммутационных аппаратов и элементов сети – позволит разобраться в обустройстве проводки самостоятельно.

Понятная пользователю схема даёт ему ответ на вопрос, какие провода подключить к тем, или иным клеммам электроприбора. Но для чтения чертежа недостаточно помнить символы разнообразных электротехнических устройств, нужно также понимать, что они делают, какие функции выполняют, чтобы улавливать взаимосвязь между ними, необходимой для того, чтобы понять работу всей системы целиком.

Изучению всей номенклатуры электротехнических аппаратов посвящается много времени в специальных учебных заведениях, и нет никакой возможности в одной статье вместить обозначение всех этих устройств, с детальным описанием их функциональных возможностей и характерных взаимосвязей с другими приборами.

Поэтому нужно начинать с изучения простых схем, включающих в себя небольшой набор элементов.

Проводники, линии, кабели

Самый распространённый компонент любой электросети – обозначение проводов. На схемах он обозначается линией. Но нужно помнить, что один отрезок на чертеже может означать:

один провод, являющийся электрическим соединением между контактами;
двухпроводную однофазную, или четырёх проводную трёхфазную линию групповой электрической связи;
электрический кабель, включающий в себя целый набор силовых и сигнальных групп электрических связей.

Как видим, уже на стадии изучения, казалось бы, простейших проводов существуют сложные разнообразные обозначения их разновидностей и взаимодействий.

Изображение распредкоробок , щитков

На данном фрагменте из таблицы № 6 ГОСТ 2.721-74 показаны различные обозначения элементов, как простых одножильных соединений и их пересечений, так и жгутов проводников с ответвлениями.

Изображение проводов , ламп и вилки

Нет смысла начинать заучивать все эти значки. Они сами отложатся в сознании после изучения разнообразных чертежей, при котором время от времени придётся заглядывать в данную таблицу.

Компоненты сети

Набор элементов, состоящий из светильника, выключателя, розетки является достаточным для функционирования жилой комнаты, он обеспечивает освещение и питание электроприборов.

Выучив их обозначение, можно с лёгкостью понять обустройство проводки у себя в комнате, или даже спроектировать свой собственный план электропроводки, учитывающий насущные потребности.

Обозначение одноклавишного выключателя , двухклавишного и проходноого выключателя

Взглянув на таблицу №1 ГОСТ 21.608-84, можно удивиться тому разнообразию имеющихся в обиходе электротехнических изделий. Находясь у себя дома и читая данную статью, стоит оглянуться и найти у себя в комнате компоненты электросети, соответствующие обозначенным в таблице. Например, розетка обозначается на схеме полукругом.

Схематическое изображение различных видов розетокСхематическое изображение различных видов выключателей

Существует много их разновидностей (только фаза и ноль, с дополнительным контактом заземления, двойные, блочные с выключателями, скрытые и т. д.), поэтому каждая имеет своё графическое обозначение, также как и множество типов выключателей.

Пример монтажной схемы небольшой квартиры

Немного практики для запоминания

Выделив найденные элементы, желательно попробовать их начертить, можно даже по правилам, указанным в таблице №2. Данное упражнение поможет запомнить выбранные компоненты.

Имея начертание графических символов, можно соединить их линиями, и получить схему проводки в комнате. Поскольку провода спрятаны в стенном покрытии, монтажный чертёж нарисовать не удастся, но электрическая схема будет верной.

Пример простой схемы

Косыми чёрточками обозначено количество проводников в линии. Стрелками указаны выходы на щиток с защитными автоматами и УЗО. Линия синего цвета означает подключение двухпроводным кабелем к коробке распределения, от которой выходят по три провода на выключатель и светильник.

Чёрным показана трёхпроводная проводка с защитным проводником РЕ. Данный рисунок приведён лишь для примера. Для проектирования сложных электрических систем нужно пройти целый курс высшего специализированного учебного заведения.

Но, выучив несколько часто встречающихся символов, можно нарисовать от руки проводку комнаты, гаража или целого дома, и работать по ней, воплощая её в реальности.

УЗО, автоматы, электрощит

Для полноты картины нужно ещё выяснить обозначение распределительных коробок, защитного автомата, УЗО, счётчика.

Обозначения элементов сети

На изображении видно, что однополюсный автоматический выключатель отличается от двухполюсного наличием косых линий на обозначении проводов подключения.

Защитные системы

Для возможности понимания обустройства всей проводки загородного дома (не только электросети), нужно также изучить средства молниезащиты,ноля, фазы, значок датчика движения и других сигнальных средств ПОС (пожарно-охранной сигнализации).

схема молниезащиты загородного дома проволочным молниеотводом, устанавливаемым на крыше

На рисунке указана схема молниезащиты загородного дома проволочным молниеотводом, устанавливаемым на крыше:

проволочный молниеприемник;
ввод воздушной ВЛ и заземление крюков ВЛ на стене;
токоотводящий провод;
контур заземления.

Датчики сигнализации имеют свое специфическое обозначение, в паспортах некоторых производителей они могут отличаться. Наиболее типичными символами представлены средства ПОС, описанные ниже.

На данном рисунке показан план коттеджа с изображённой схемой подключения различных датчиков пожарно-охранной сигнализации.

Пример плана коттеджа

В этой статье показана та часть обозначений, которая касается обустройства дома или квартиры. Для более полного ознакомления с графическими символами электротехники и других отраслей, нужно изучать ГОСТ и различные справочники.

И ещё раз стоит напомнить, что мало выучить значки, нужно понимать принцип работы обозначаемых элементов в электрике.

Обозначение светильников на плане. Первый шаг к пониманию схем – обозначения элементов сети. Обозначение лампочки на электрической схеме и чертежах

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЕДИНАЯ СИСТЕМА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ
ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

ГОСТ 2.732-68

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Unified system for design documentation.
Graphic identifications in schemes.
Light sources

ГОСТ
2.732-68

Дата введения 01.01.71

2. Обозначения элементов источников света приведены в .

Таблица 1

	Обозначение
1. (Исключен, Изм. № 2).
2. Давление
а) низкое
б) высокое
б) высокое
в) сверхвысокое
в) сверхвысокое
3. Излучение импульсное
3. Излучение импульсное
4. Газовое наполнение:
неон	Ne
ксенон	Xe
натрий	Na
ртуть	Hg
йод	I
5. Баллон а) с внутренним отражающим слоем Примечание . Положение линии внутри баллона, указывающей внутренний отражающий слой, не устанавливается.
б) с внешним отражающим слоем




6. Дуговой электрод

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

3. Примеры построения обозначений источников света приведены в .

Таблица 2

	Обозначение
1. Лампа накаливания осветительная и сигнальная. Общее обозначение. Примечание . Если необходимо указать цвет лампы, допускается использовать следующие обозначения: С2 — красный; С4 — желтый; С5 — зеленый; С6 — синий; С9 — белый
1а. Лампа с импульсной световой сигнализацией
1а. Лампа с импульсной световой сигнализацией
2. Лампа накаливания двухнитевая:
а) с тремя выводами
б) с четырьмя выводами
3. Лампа газоразрядная осветительная и сигнальная. Общее обозначение:
а) с двумя выводами
б) с четырьмя выводами
1. При необходимости допускается лампы с самокалящимся катодом обозначать следующим образом, например:
а) лампа газоразрядная низкого давления с простыми электродами и самокалящимся катодом




б) лампа газоразрядная высокого давления с комбинированными электродами, с предварительным подогревом с самокалящимися катодами





2. Допускается газоразрядные лампы изображать в баллоне вытянутой формы, например, лампа газоразрядная низкого давления с комбинированными электродами и предварительным подогревом



7. Лампа газоразрядная с жидким катодом и наружным поджигом
8. Лампа газоразрядная импульсная:
а) низкого давления с простыми электродами и внешним поджигом
б) высокого давления с комбинированными электродами и внутренним поджигом
Примечание . (Исключено, Изм. № 1).
9. Лампа газоразрядная, низкого давления с комбинированными электродами, с предварительным подогревом, ультрафиолетового излучения

Примечание к пп. 3 — 9. Для указания типа газоразрядных ламп используют буквенные обозначения:
11. Лампа с внутренним отражающим слоем:
а) газоразрядная низкого давления с комбинированными электродами

б) накаливания
б) накаливания
12. Лампа дуговая:
а) электроды соосны


б) электроды расположены под углом
13. Прибор индикации электролюминесцентный некоммутируемый
14. Прибор индикации электролюминесцентный коммутируемый:


а) с односторонним управлением
б) с двусторонним управлением
15. Пускатель для газоразрядных ламп

(Измененная редакция, Изм. № 1, 3).

4. Размеры условного графического обозначения лампы накаливания

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.

РАЗРАБОТЧИКИ

В.Р. Верченко, Ю.И. Степанов, Е.Г. Старожилец, B . C . Мурашов, Г.Г. Геворкян, Л.С. Крупальник, Г.Н. Гранатович, В.А. Смирнова, Е.В. Пурижинская, Ю.Б. Карлинский, В.Г. Черткова, Г.С. Плис, Ю.П. Лейчик.

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Комитета стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР от 14.08.68, № 1296.

3. ВЗАМЕН ГОСТ 7624-62 в части разд. 12, подразд. Ж.

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ (декабрь 1997 г.) с Изменениями № 1, 2, 3, утвержденным в декабре 1980 г., апреле 1987 г., марте 1994 г. (ИУС 3-81, 7-87, 5-94).

Чтение схем невозможно без знания условных графических и буквенных обозначений элементов. Большая их часть стандартизована и описана в нормативных документах. Большая их часть была издана еще в прошлом веке а новый стандарт был принят только один, в 2011 году (ГОСТ 2-702-2011 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем), так что иногда новая элементная база обозначается по принципу «как кто придумал». И в этом сложность чтения схем новых устройств. Но, в основном, условные обозначения в электрических схемах описаны и хорошо знакомы многим.

На схемах используют часто два типа обозначений: графические и буквенные, также часто проставляют номиналы. По этим данным многие сразу могут сказать как работает схема. Этот навык развивается годами практики, а для начала надо уяснить и запомнить условные обозначения в электрических схемах. Потом, зная работу каждого элемента, можно представить себе конечный результат работы устройства.

Для составления и чтения различных схем обычно требуются разные элементы. Типов схем есть много, но в электрике обычно используются:

Есть еще много других видов электрических схем, но в домашней практике они не используются. Исключение — трасса прохождения кабелей по участку, подвод электричества к дому. Этот тип документа точно понадобится и будет полезным, но это больше план, чем схема.

Базовые изображения и функциональные признаки

Коммутационные устройства (выключатели, контакторы и т.д.) построены на контактах различной механики. Есть замыкающий, размыкающий, переключающий контакты. Замыкающий контакт в нормальном состоянии разомкнут, при переводе его в рабочее состояние цепь замыкается. Размыкающий контакт в нормальном состоянии замкнут, а при определенных условиях он срабатывает, размыкая цепь.

Переключающий контакт бывает двух и трех позиционным. В первом случае работает то одна цепь, то другая. Во втором есть нейтральное положение.

Кроме того, контакты могут выполнять разные функции: контактора, разъединителя, выключателя и т.п. Все они также имеют условное обозначение и наносятся на соответствующие контакты. Есть функции, которые выполняют только подвижные контакты. Они приведены на фото ниже.

Основные функции могут выполнять только неподвижные контакты.

Условные обозначения однолинейных схем

Как уже говорили, на однолинейных схемах указывается только силовая часть: УЗО, автоматы, дифавтоматы, розетки, рубильники, переключатели и т.д. и связи между ними. Обозначения этих условных элементов могут использоваться в схемах электрических щитов.

Основная особенность графических условных обозначений в электросхемах в том, что сходные по принципу действия устройства отличаются какой-то мелочью. Например, автомат (автоматический выключатель) и рубильник отличаются лишь двумя мелкими деталями — наличием/отсутствием прямоугольника на контакте и формой значка на неподвижном контакте, которые отображают функции данных контактов. Контактор от обозначения рубильника отличает только форма значка на неподвижном контакте. Совсем небольшая разница, а устройство и его функции другие. Ко всем этим мелочам надо присматриваться и запоминать.

Также небольшая разница между условными обозначениями УЗО и дифференциального автомата. Она тоже только в функциях подвижных и неподвижных контактов.

Примерно так же обстоит дело и с катушками реле и контакторов. Выглядят они как прямоугольник с небольшими графическими дополнениями.

В данном случае запомнить проще, так как есть довольно серьезные отличия во внешнем виде дополнительных значков. С фотореле так совсем просто — лучи солнца ассоциируются со стрелками. Импульсное реле — тоже довольно легко отличить по характерной форме знака.

Немного проще с лампами и соединениями. Они имеют разные «картинки». Разъемное соединение (типа розетка/вилка или гнездо/штепсель) выглядит как две скобочки, а разборное (типа клеммной колодки) — кружочки. Причем количество пар галочек или кружочков обозначает количество проводов.

Изображение шин и проводов

В любой схеме приличествуют связи и в большинстве своем они выполнены проводами. Некоторые связи представляют собой шины — более мощные проводниковые элементы, от которых могут отходить отводы. Провода обозначаются тонкой линией, а места ответвлений/соединений — точками. Если точек нет — это не соединение, а пересечение (без электрического соединения).

Есть отдельные изображения для шин, но они используются в том случае, если надо графически их отделить от линий связи, проводов и кабелей.

На монтажных схемах часто необходимо обозначить не только как проходит кабель или провод, но и его характеристики или способ укладки. Все это также отображается графически. Для чтения чертежей это тоже необходимая информация.

Как изображают выключатели, переключатели, розетки

На некоторые виды этого оборудования утвержденных стандартами изображений нет. Так, без обозначения остались диммеры (светорегуляторы) и кнопочные выключатели.

Зато все другие типы выключателей имеют свои условные обозначения в электрических схемах. Они бывают открытой и скрытой установки, соответственно, групп значков тоже две. Различие — положение черты на изображении клавиши. Чтобы на схеме понимать о каком именно типе выключателя идет речь, это надо помнить.

Есть отдельные обозначения для двухклавишных и трехклавшных выключателей. В документации они называются «сдвоенные» и «строенные» соответственно. Есть отличия и для корпусов с разной степенью защиты. В помещения с нормальными условиями эксплуатации ставят выключатели с IP20, может до IP23. Во влажных комнатах (ванная комната, бассейн) или на улице степень защиты должна быть не ниже IP44. Их изображения отличаются тем, что кружки закрашены. Так что их отличить просто.

Есть отдельные изображения для переключателей. Это выключатели, которые позволяют управлять включением/выключением света из двух точек (есть и из трех, но без стандартных изображений).

В обозначениях розеток и розеточных групп наблюдается та же тенденция: есть одинарные, сдвоенные розетки, есть группы из нескольких штук. Изделия для помещений с нормальными условиями эксплуатации (IP от 20 до 23) имеют неокрашенную середину, для влажных с корпусом повышенной защиты (IP44 и выше) середина тонируется темным цветом.

Условные обозначения в электрических схемах: розетки разного типа установки (открытого, скрытого)

Поняв логику обозначения и запомнив некоторые исходные данные (чем отличается условное изображение розетки открытой и скрытой установки, например), через некоторое время вы уверенно сможете ориентироваться в чертежах и схемах.

Светильники на схемах

В этом разделе описаны условные обозначения в электрических схемах различных ламп и светильников. Тут ситуация с обозначениями новой элементной базы лучше: есть даже знаки для светодиодных ламп и светильников, компактных люминесцентных ламп (экономок). Неплохо также что изображения ламп разного типа значительно отличаются — перепутать сложно. Например, светильники с лампами накаливания изображают в виде кружка, с длинными линейными люминесцентными — длинного узкого прямоугольника. Не очень велика разница в изображении линейной лампы люминесцентного типа и светодиодного — только черточки на концах — но и тут можно запомнить.

В стандарте есть даже условные обозначения в электрических схемах для потолочного и подвесного светильника (патрона). Они тоже имеют довольно необычную форму — круги малого диаметра с черточками. В общем, в этом разделе ориентироваться легче чем в других.

Элементы принципиальных электрических схем

Принципиальные схемы устройств содержат другую элементную базу. Линии связи, клеммы, разъемы, лампочки изображаются также, но, кроме того, присутствует большое количество радиоэлементов: резисторов, емкостей, предохранителей, диодов, тиристоров, светодиодов. Большая часть условных обозначений в электрических схемах этой элементной базы приведена на рисунках ниже.

Более редкие придется искать отдельно. Но в большинство схем содержит эти элементы.

Буквенные условные обозначения в электрических схемах

Кроме графических изображений элементы на схемах подписываются. Это также помогает читать схемы. Рядом с буквенным обозначением элемента часто стоит его порядковый номер. Это сделано для того чтобы потом легко было найти в спецификации тип и параметры.

В таблице выше приведены международные обозначения. Есть и отечественный стандарт — ГОСТ 7624-55. Выдержки оттуда с таблице ниже.

Если Вы когда-либо задумывались о дизайнерском ремонте, то наверняка Вас уведомляли о том, что будут создаваться инженерные планы помещений. В этой технической документации обозначения светодиодных светильников на чертежах по ГОСТу выполняется согласно существующим стандартам и нормам, однако человек, который не имеет технического образования, не сможет разобраться в подобной «карте».

На самом деле в этом процессе нет ничего сложного, но следует лишь найти перечень условных обозначений, которые используются на сегодняшний день. Конечно, документация и формат ГОСТ пересматривается время от времени, но он не изменяется кардинально, лишь дополняется.

Актуальность использования чертежей

При планировании ремонта создания чертежа с обозначениями светильников по ГОСТу многим заказчикам кажется пустой тратой денежных средств и времени, так как строительные работы можно выполнять и без данного документа. Конечно, в прошлом все именно так и было, однако с течением времени ситуация постепенно изменяется.

Одной из основных проблем становится повышающаяся сложность инфраструктуры. Сегодня строители и мастера вынуждены прятать огромное количество проводов, кабелей и проводки в стены и полы, чтобы запитать всю используемую электронику. На чертежах по ГОСТу обозначается каждый провод и прочие элементы, чтобы в случае необходимости проведения дополнительных работ не повредить что-либо важное. Необходимо знать обозначение светильников, чтобы уметь читать подобные планы.

Более того, использование знаков обозначения лампы или люстры позволяет значительно ускорить проведения работ, так как прорабу не нужно принимать какое-либо решение о размещении осветительных приборов – все было решено заранее профильным специалистом. В таком случае шанс ошибки значительно снижается, что предупреждает ненужные финансовые потери.

Стоит понимать, что на т ерритории каждой страны существует свой отдельный ГОСТ, даже у стран бывшего СССР и СНГ. По этой причине невозможно скачать из сети Интернет первый попавшийся перечень проектов с маркировками и использовать ее – строитель может попросту не понять ее. Тем не менее, зачастую используется единый перечень знаков и символов, но требования различаются правилами оформления и прочими подобными мелочами.

Как «прочитать» схему освещения по ГОСТу?

Итак, если Вы решили разобраться в представленной Вам технической документации, то следует удостовериться в том, что выполняется некоторое количество важных пунктов. В первую очередь стоит помнить, что все размер по ГОСТу указываются в миллиметрах, что сначала пугает многих людей, которые не сталкивались с подобной системой.

Более того, если Вы не имеете необходимого опыта, то следует знать примерную схему помещения. Если это Ваш дом, комната или жилище, то с этим у Вас проблем не должно возникнуть. В противном случае рекомендуется попытаться отыскать фотографии, чтобы иметь ассоциацию. Крайне непросто представить дизайн будущего помещения лишь по одному плану.

Как упоминалось ранее, условных обозначений для внутреннего освещения действительно немало – существуют специальные символы даже для отдельных типов осветительных приборов, что затрудняет чтение. На территории Российской Федерации часто используются условные обозначения светильников, которые представлены на следующей иллюстрации.

Если дизайнер или проектировщик желает использовать альтернативные обозначения, то они указаны в специальном справочном разделе, который обычно представлен на последних страницах плана или в приложении.

Найти условные обозначения;
Совместить план с расположением помещения в пространстве;
Постараться визуально представить комнату и размещение светильников.

В целом, планирование по ГОСТу было создано таким образом, чтобы каждый желающий смог разобраться в данном процессе. Будьте уверенны, что уже вскоре у Вас получится понять представленный чертеж, а в случае необходимости и вносить требуемые изменения.

Любые электрические цепи могут быть представлены в виде чертежей (принципиальных и монтажных схем), оформление которых должно соответствовать стандартам ЕСКД. Эти нормы распространяются как на схемы электропроводки или силовых цепей, так и электронные приборы. Соответственно, чтобы «читать» такие документы, необходимо понимать условные обозначения в электрических схемах.

Нормативные документы

Учитывая большое количество электроэлементов, для их буквенно-цифровых (далее БО) и условно графических обозначений (УГО) был разработан ряд нормативных документов исключающих разночтение. Ниже представлена таблица, в которой представлены основные стандарты.

Таблица 1. Нормативы графического обозначения отдельных элементов в монтажных и принципиальных электрических схемах.

Номер ГОСТа	Краткое описание
2.710 81	В данном документе собраны требования ГОСТа к БО различных типов электроэлементов, включая электроприборы.
2.747 68	Требования к размерам отображения элементов в графическом виде.
21.614 88	Принятые нормы для планов электрооборудования и проводки.
2.755 87	Отображение на схемах коммутационных устройств и контактных соединений
2.756 76	Нормы для воспринимающих частей электромеханического оборудования.
2.709 89	Настоящий стандарт регулирует нормы, в соответствии с которыми на схемах обозначаются контактные соединения и провода.
21.404 85	Схематические обозначения для оборудования, используемого в системах автоматизации

Следует учитывать, что элементная база со временем меняется, соответственно вносятся изменения и в нормативные документы, правда это процесс более инертен. Приведем простой пример, УЗО и дифавтоматы широко эксплуатируются в России уже более десятка лет, но единого стандарта по нормам ГОСТ 2.755-87 для этих устройств до сих пор нет, в отличие от автоматических выключателей. Вполне возможно, в ближайшее время это вопрос будет урегулирован. Чтобы быть в курсе подобных нововведений, профессионалы отслеживают изменения в нормативных документах, любителям это делать не обязательно, достаточно знать расшифровку основных обозначений.

Виды электрических схем

В соответствии с нормами ЕСКД под схемами подразумеваются графические документы, на которых при помощи принятых обозначений отображаются основные элементы или узлы конструкции, а также объединяющие их связи. Согласно принятой классификации различают десять видов схем, из которых в электротехнике, чаще всего, используется три:

Если на схеме отображается только силовая часть установки, то она называется однолинейной, если приведены все элементы, то – полной.

Если на чертеже отображается проводка квартиры, то места расположения осветительных приборов, розеток и другого оборудования указываются на плане. Иногда можно услышать, как такой документ называют схемой электроснабжения, это неверно, поскольку последняя отображает способ подключения потребителей к подстанции или другому источнику питания.

Разобравшись с электрическими схемами, можем переходить к обозначениям указанных на них элементов.

Графические обозначения

Для каждого типа графического документа предусмотрены свои обозначения, регулируемые соответствующими нормативными документами. Приведем в качестве примера основные графические обозначения для разных видов электрических схем.

Примеры УГО в функциональных схемах

Ниже представлен рисунок с изображением основных узлов систем автоматизации.

Примеры условных обозначений электроприборов и средств автоматизации в соответствии с ГОСТом 21.404-85

Описание обозначений:

А – Основные (1) и допускаемые (2) изображения приборов, которые устанавливаются за пределами электрощита или распределительной коробки.
В – Тоже самое, что и пункт А, за исключением того, что элементы располагаются на пульте или электрощите.
С – Отображение исполнительных механизмов (ИМ).
D – Влияние ИМ на регулирующий орган (далее РО) при отключении питания:

Происходит открытие РО
Закрытие РО
Положение РО остается неизменным.

Е – ИМ, на который дополнительно установлен ручной привод. Данный символ может использоваться для любых положений РО, указанных в пункте D.
F- Принятые отображения линий связи:

Общее.
Отсутствует соединение при пересечении.
Наличие соединения при пересечении.

УГО в однолинейных и полных электросхемах

Для данных схем существует несколько групп условных обозначений, приведем наиболее распространенные из них. Для получения полной информации необходимо обратиться к нормативным документам, номера государственных стандартов будут приведены для каждой группы.

Источники питания.

Для их обозначения приняты символы, приведенные на рисунке ниже.

УГО источников питания на принципиальных схемах (ГОСТ 2.742-68 и ГОСТ 2.750.68)

Описание обозначений:

A – источник с постоянным напряжением, его полярность обозначается символами «+» и «-».
В – значок электричества, отображающий переменное напряжение.
С – символ переменного и постоянного напряжения, используется в тех случаях, когда устройство может быть запитано от любого из этих источников.
D – Отображение аккумуляторного или гальванического источника питания.
E- Символ батареи, состоящей из нескольких элементов питания.

Линии связи

Базовые элементы электрических соединителей представлены ниже.

Обозначение линий связи на принципиальных схемах (ГОСТ 2.721-74 и ГОСТ 2.751.73)

Описание обозначений:

А – Общее отображение, принятое для различных видов электрических связей.
В – Токоведущая или заземляющая шина.
С – Обозначение экранирования, может быть электростатическим (помечается символом «Е») или электромагнитным («М»).
D – Символ заземления.
E – Электрическая связь с корпусом прибора.
F – На сложных схемах, из нескольких составных частей, таким образом обозначается обрыв связи, в таких случаях «Х» это информация о том, где будет продолжена линия (как правило, указывается номер элемента).
G – Пересечение с отсутствием соединения.
H – Соединение в месте пересечения.
I – Ответвления.

Обозначения электромеханических приборов и контактных соединений

Примеры обозначения магнитных пускателей, реле, а также контактов коммуникационных устройств, можно посмотреть ниже.

УГО, принятые для электромеханических устройств и контакторов (ГОСТы 2.756-76, 2.755-74, 2.755-87)

Описание обозначений:

А – символ катушки электромеханического прибора (реле, магнитный пускатель и т.д.).
В – УГО воспринимающей части электротепловой защиты.
С – отображение катушки устройства с механической блокировкой.
D – контакты коммутационных приборов:

Замыкающие.
Размыкающие.
Переключающие.

Е – Символ для обозначения ручных выключателей (кнопок).
F – Групповой выключатель (рубильник).

УГО электромашин

Приведем несколько примеров, отображения электрических машин (далее ЭМ) в соответствии с действующим стандартом.

Обозначение электродвигателей и генераторов на принципиальных схемах (ГОСТ 2.722-68)

Описание обозначений:

A – трехфазные ЭМ:

Асинхронные (ротор короткозамкнутый).
Тоже, что и пункт 1, только в двухскоростном исполнении.
Асинхронные ЭМ с фазным исполнением ротора.
Синхронные двигатели и генераторы.

B – Коллекторные, с питанием от постоянного тока:

ЭМ с возбуждением на постоянном магните.
ЭМ с катушкой возбуждения.

УГО трансформаторов и дросселей

С примерами графических обозначений данных устройств можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Правильные обозначения трансформаторов, катушек индуктивности и дросселей (ГОСТ 2.723-78)

Описание обозначений:

А – Данным графическим символом могут быть обозначены катушки индуктивности или обмотки трансформаторов.
В – Дроссель, у которого имеется ферримагнитный сердечник (магнитопровод).
С – Отображение двухкатушечного трансформатора.
D – Устройство с тремя катушками.
Е – Символ автотрансформатора.
F – Графическое отображение ТТ (трансформатора тока).

Обозначение измерительных приборов и радиодеталей

Краткий обзор УГО данных электронных компонентов показан ниже. Тем, кто хочет более широко ознакомиться с этой информацией рекомендуем просмотреть ГОСТы 2.729 68 и 2.730 73.

Примеры условных графических обозначений электронных компонентов и измерительных приборов

Описание обозначений:

Счетчик электроэнергии.
Изображение амперметра.
Прибор для измерения напряжения сети.
Термодатчик.
Резистор с постоянным номиналом.
Переменный резистор.
Конденсатор (общее обозначение).
Электролитическая емкость.
Обозначение диода.
Светодиод.
Изображение диодной оптопары.
УГО транзистора (в данном случае npn).
Обозначение предохранителя.

УГО осветительных приборов

Рассмотрим, как на принципиальной схеме отображаются электрические лампы.

Описание обозначений:

А – Общее изображение ламп накаливания (ЛН).
В – ЛН в качестве сигнализатора.
С – Типовое обозначение газоразрядных ламп.
D – Газоразрядный источник света повышенного давления (на рисунке приведен пример исполнения с двумя электродами)

Обозначение элементов в монтажной схеме электропроводки

Завершая тему графических обозначений, приведем примеры отображения розеток и выключателей.

Как изображаются розетки других типов, несложной найти в нормативных документах, которые доступны в сети.

Лампа накаливания на схеме — Морской флот

Нормативная база

Нормативные документы, в которых прописаны графические обозначения элементной базы электрических схем

Обозначение электрических элементов на схемах

Обозначение светодиода, стабилитрона, транзистора (разного типа)

Электрические щиты, шкафы, коробки

Обозначение электрических элементов на схемах: шкафы, щитки, пульты

Элементная база для схем электропроводки

Пример схемы электропитания и графическое изображение проводов на ней

Изображение розеток

Обозначение розеток на чертежах

Условные обозначения розеток в электрических схемах

Обозначение трехфазной розетки на чертежах

Отображение выключателей

Условные графические обозначения выключателей на электрических схемах

Как выглядит схематичное изображение проходных выключателей

Лампы и светильники

Изображение светильников на схемах и чертежах

Радиоэлементы

Условные обозначения радиоэлементов в чертежах

Буквенные обозначения

Название элемента электрической схемы	Буквенное обозначение
1	Выключатель, контролер, переключатель	В
2	Электрогенератор	Г
3	Диод	Д
4	Выпрямитель	Вп
5	Звуковая сигнализация (звонок, сирена)	Зв
6	Кнопка	Кн
7	Лампа накаливания	Л
8	Электрический двигатель	М
9	Предохранитель	Пр
10	Контактор, магнитный пускатель	К
11	Реле	Р
12	Трансформатор (автотрансформатор)	Тр
13	Штепсельный разъем	Ш
14	Электромагнит	Эм
15	Резистор	R
16	Конденсатор	С
17	Катушка индуктивности	L
18	Кнопка управления	Ку
19	Конечный выключатель	Кв
20	Дроссель	Др
21	Телефон	Т
22	Микрофон	Мк
23	Громкоговоритель	Гр
24	Батарея (гальванический элемент)	Б
25	Главный двигатель	Дг
26	Двигатель насоса охлаждения	До

Есть одна тонкость в обозначении реле. Они бывают разного типа, соответственно маркируются:

реле тока — РТ;
мощности — РМ;
напряжения — РН;
времени — РВ;
сопротивления — РС;
указательное — РУ;
промежуточное — РП;
газовое — РГ;
с выдержкой времени — РТВ.

Каждый профессионал должен владеть определенным языком, соответствующим его профессии. В электрике таким языком является графический язык электрических/электронных схем. На этом языке удобнее всего описывать (вернее, отрисовывать) объекты, с которыми электрик работает. Причем как в случае построения каких-то новых сооружений, проведения проводки или целой системы питания или освещения, изготовления электроприборов, так и в случае устранения аварий, улучшения схем или просто подключения новых объектов к уже имеющимся системам.

Электрик должен уметь, например, при беглом взгляде на возникшую где-то проблему увидеть профессиональным оком возможные причины неисправности и свои гипотезы быстро набросать в виде схемы на любом клочке бумаги. И уже тогда решать задачу или объяснять кому-то варианты возможного решения.

Язык схем – это в какой-то мере язык специфических иероглифов, и их знание – просто разновидность грамотности. Во многом обозначения делаются логически понятными, так как часто происходят от рисунков соответствующих обозначаемых объектов или их деталей.

Два вида обозначений на электрических схемах

Графические обозначения должны быть интуитивно понятны с первого взгляда. Но есть множество свойств, которые простым рисуночком передать сложно. Поэтому на всех схемах, где требуется конкретика – а это все схемы, рассчитанные на практическое применение, – условные графические обозначения дополняются буквенными или цифровыми надписями.

То есть, обозначения на схемах можно отнести к:

Графическим.
Знаковым – буквенным или цифровым.

Также стоит выделить обозначения, сводимые в различные таблицы, спецификации, пояснительные тексты, обычно прилагаемые к схемам. Самым главным свойством таких обозначений должна быть однозначность идентификации каждого объекта, отраженного на схеме. Это касается как типа изображенного объекта, например, выключатель, лампочка, стабилизатор, так и конкретного номера на схеме или его электрических, монтажных, физических и других свойств.

При вычерчивании схем сейчас обычно используются компьютерные программы, которые автоматически дают красивую, понятную и удобно размещенную картинку, тем не менее так же, как мы все умеем писать карандашом или ручкой, должны суметь нарисовать и схему – хотя бы в общем виде и в черновом варианте.

И это несмотря на то, что существует множество программ, написанных для формирования и вычерчивания схем.

Графические условные обозначения электрических объектов являются общепринятыми и могут использоваться в схемах, планах и чертежах разного вида: принципиальных схемах, монтажных планах, планах проводки, разводки, и т. д. Эти обозначения, как и разновидности любой графической документации, регламентируются стандартами. Последним из таких стандартов можно назвать ГОСТ МЭК 60617-DB-12M-2015 «Графические символы для схем».

Из всего разнообразия схем, где изображаются электрические элементы, нас интересуют, прежде всего, схемы и условные обозначения на них, касающиеся освещения и осветительных систем. При серьезном профессиональном подходе система освещения строящегося объекта является частью общего проекта, а после окончания строительства и с начала пользования объектом все электрические схемы должны храниться в надежном месте весь период эксплуатации здания. Хотя на практике часто бывает иначе.

Кратко рассмотрим на примере виды графических документов, касающихся электрической части проекта.

План здания (квартиры)

Очень условно, даже схематично на плане изображено расположение комнат, положение проемов и размеры.

Схема осветительной сети

На этой схеме важно как, в каких точках освещать помещение заданной конфигурации.

Разумеется, подводка энергии к светильникам тоже играет роль при этом, поэтому вполне уместно здесь ее и изобразить. Это несложно сделать в соответствии с разработанными стандартами: ГОСТ 21.608 и ГОСТ 21.614.

Розеточная сеть помещения

Схема размещения розеток органически дополняет схему освещения.

Как видим, схемы несложные, вполне по силам их вычертить даже в домашних условиях при производстве каких-то работ по созданию и модернизации бытовой электрической сети. Важно уметь в таких схемах ориентироваться.

Схема сети питания

Схема питания дает больше технических сведений, поэтому в ней много буквенно-цифровых обозначений и количественных данных. А данные пространственного расположения уже приведены в трех предыдущих, поэтому на схеме питания сведения заключены в виде схематической однолинейной таблицы.

Условные обозначения, которые встретились здесь, на примере этих схем, можно считать чаще всего встречающимися. Их все обычно и знают. Полный же перечень графических обозначений дают ГОСТы, приведенные выше.

Здесь мы тоже их перечислим, их не так много, важно их рассмотреть и понять логику изображения в них различных свойств и деталей.

Графические обозначения на схемах

Так как нас интересуют больше осветительные устройства, лампы и прочие светильники в этом перечне вынесены вперед. Остальное оборудование приведем, но следом за ними.

Буквенные обозначения в электрических схемах

Буквенные обозначения – это аббревиатуры, которые по смыслу тоже легко расшифровываются и запоминаются. Все делается в соответствии с ГОСТ 7624-54, можно привести их и здесь.

Буквенные обозначения электронных элементов схем тоже всем известны. Они часто обозначаются латинскими буквами, как сокращение от соответствующих им названий физических величин. Например, R – resistance, электрическое сопротивление.

Ну вот и все, что может понадобиться, чтобы нарисовать или, наоборот, понять схемы электрического питания помещений.

Дата публикации: 20 июня 2015 .
Категория: Лампы.

Устройство и назначение основных частей ламп накаливания

Разбирая строение лампы накаливания (рисунок 1, а) мы обнаруживаем, что основной частью ее конструкции является тело накала 3, которое под действием электрического тока накаливается вплоть до появления оптического излучения. На этом собственно и основан принцип действия лампы. Крепление тела накала внутри лампы осуществляется при помощи электродов 6, обычно удерживающих его концы. Через электроды также осуществляется подвод электрического тока к телу накала, то есть они являются еще внутренними звеньями выводов. При недостаточной устойчивости тела накала, используют дополнительные держатели 4. Держатели посредством впайки устанавливают на стеклянном стержне 5, именуемым штабиком, который имеет утолщение на конце. Штабик сопряжен со сложной стеклянной деталью – ножкой. Ножка, она изображена на рисунке 1, б, состоит из электродов 6, тарелочки 9, и штенгеля 10, представляющего собой полую трубочку через которую откачивается воздух из колбы лампы. Общее соединение между собой промежуточных выводов 8, штабика, тарелочки и штенгеля образует лопатку 7. Соединение производится путем расплавления стеклянных деталей, в процессе чего проделывается откачное отверстие 14 соединяющее внутреннюю полость откачной трубки с внутренней полостью колбы лампы. Для подвода электрического тока к нити накала через электроды 6 применяют промежуточные 8 и внешние выводы 11, соединяемые между собой электросваркой.

Рисунок 1. Устройство электрической лампы накаливания (а) и ее ножки (б)

Для изоляции тела накала, а также других частей лампочки от внешней среды, применяется стеклянная колба 1. Воздух из внутренней полости колбы откачивается, а вместо него закачивается инертный газ или смесь газов 2, после чего конец штенгеля нагревается и запаивается.

Для подвода к лампе электрического тока и ее крепления в электрическом патроне лампа оборудуется цоколем 13, крепление которого к горлу колбы 1 осуществляется при помощи цоколевочной мастики. На соответствующие места цоколя припаивают выводы лампы 12.

От того как расположено тело накала и какой оно формы зависит светораспределение лампы. Но касается это только ламп с прозрачными колбами. Если представить, что нить накала представляет собой равнояркий цилиндр и спроецировать исходящий от нее свет на плоскость перпендикулярную наибольшей поверхности светящей нити или спирали, то на ней окажется максимальная сила света. Поэтому для создания нужных направлений сил света, в различных конструкциях ламп, нитям накала придают определенную форму. Примеры форм нитей накала приведены на рисунке 2. Прямая неспирализированная нить в современных лампах накаливания почти не применяется. Связано это с тем, что с увеличением диаметра тела накала уменьшаются потери тепла через газ наполняющий лампу.

Рисунок 2. Конструкция тела накала:
а – высоковольтной проекционной лампы; б – низковольтной проекционной лампы; в – обеспечивающая получение равнояркого диска

Большое количество тел накала подразделяют на две группы. Первая группа включает в себя тела накала, применяемые в лампах общего назначения, конструкция которых изначально задумывалась как источник излучения с равномерным распределением силы света. Целью конструирования таких ламп является получение максимальной световой отдачи, что достигается путем уменьшения числа держателей, через которые происходит охлаждение нити. Ко второй группе относят так называемые плоские тела накала, которые выполняют либо в виде параллельно расположенных спиралей (в мощных высоковольтных лампах), либо в виде плоских спиралей (в маломощных лампах низкого напряжения). Первая конструкция выполняется с большим числом молибденовых держателей, которые крепятся специальными керамическими мостиками. Длинная нить накала размещается в виде корзиночки, тем самым достигается большая габаритная яркость. В лампах накаливания, предназначенных для оптических систем, тела накала должны быть компактными. Для этого тело накала свертывают в дужку, двойную или тройную спираль. На рисунке 3 приведены кривые силы света, создаваемые телами накала различных конструкций.

Рисунок 3. Кривые силы света ламп накаливания с различными телами накала:
а – в плоскости, перпендикулярной оси лампы; б – в плоскости, проходящей через ось лампы; 1 – кольцевая спираль; 2 – прямая биспираль; 3 – спираль, расположенная по поверхности цилиндра

Требуемые кривые силы света ламп накаливания можно получить применением специальных колб с отражающими или рассеивающими покрытиями. Использование отражающих покрытий на колбе соответствующей формы позволяет иметь значительное разнообразие кривых силы света. Лампы с отражающими покрытиями называют зеркальными (рисунок 4). При необходимости обеспечить особо точное светораспределение в зеркальных лампах применяют колбы, изготовленные методом прессования. Такие лампы называются лампами-фарами. В некоторых конструкциях ламп накаливания имеются встроенные в колбы металлические отражатели.

Рисунок 4. Зеркальные лампы накаливания

Применяемые в лампах накаливания материалы

Металлы

Основным элементом ламп накаливания является тело накала. Для изготовления тела накала наиболее целесообразно применять металлы и другие материалы с электронной проводимостью. При этом пропусканием электрического тока тело будет накаливаться до требуемой температуры. Материал тела накала должен удовлетворять ряду требований: иметь высокую температуру плавления, пластичность, позволяющую тянуть проволоку различного диаметра, в том числе весьма малого, низкую скорость испарения при рабочих температурах, обуславливающую получение высокого срока службы, и тому подобных. В таблице 1 приведены температуры плавления тугоплавких металлов. Наиболее тугоплавким металлом является вольфрам, что наряду с высокой пластичностью и низкой скоростью испарения обеспечило его широкое использование в качестве тела накала ламп накаливания.

Температура плавления металлов и их соединений

Металлы	T, °С	Карбиды и их смеси	T, °С	Нитриды	T, °С	Бориды	T, °С
Вольфрам Рений Тантал Осмий Молибден Ниобий Иридий Цирконий Платина	3410 3180 3014 3050 2620 2470 2410 1825 1769	4TaC + + HiC 4TaC + + ZrC HfC TaC ZrC NbC TiC WC W2C MoC VnC ScC SiC	3927

3887
3877
3527
3427
3127
2867
2857
2687
2557
2377
2267

TaC +
+ TaN
HfN
TiC +
+ TiN
TaN
ZrN
TiN
BN3373

3087
2977
2927
2727

HfB
ZrB
WB3067
2987
2927

Скорость испарения вольфрама при температурах 2870 и 3270°С составляет 8,41×10 -10 и 9,95×10 -8 кг/(см²×с).

Из других материалов перспективным можно считать рений, температура плавления которого немного ниже, чем у вольфрама. Рений хорошо поддается механической обработке в нагретом состоянии, стоек к окислению, имеет меньшую скорость испарения, чем вольфрам. Имеются зарубежные публикации о получении ламп с вольфрамовой нитью с добавками рения, а также покрытия нити слоем рения. Из неметаллических соединений интерес представляет карбид тантала, скорость испарения которого на 20 – 30% ниже, чем у вольфрама. Препятствием к использованию карбидов, в частности карбида тантала, является их хрупкость.

В таблице 2 приведены основные физические свойства идеального тела накала, изготовленного из вольфрама.

Основные физические свойства вольфрамовой нити

Температура, К	Скорость испарения, кг/(м²×с)	Удельное электрическое сопротивление, 10 -6 Ом×см	Яркость кд/м²	Световая отдача, лм/Вт	Цветовая температура, К
1000 1400 1800 2200 2600 3000 3400	5,32 × 10 -35 2,51 × 10 -23 8,81 × 10 -17 1,24 × 10 -12 8,41 × 10 -10 9,95 × 10 -8 3,47 × 10 -6	24,93 37,19 50,05 63,48 77,49 92,04 107,02	0,0012 1,04 51,2 640 3640 13260 36000	0,0007 0,09 1,19 5,52 14,34 27,25 43,20	1005 1418 1823 2238 2660 3092 3522

Важным свойством вольфрама является возможность получения его сплавов. Детали из них сохраняют устойчивую форму при высокой температуре. При нагреве вольфрамовой проволоки, в процессе термической обработки тела накала и последующих нагревах происходит изменение ее внутренней структуры, называемое термической рекристаллизацией. В зависимости от характера рекристаллизации тело накала может иметь большую или меньшую формоустойчивость. Влияние на характер рекристаллизации оказывают примеси и присадки, добавляемые в вольфрам в процессе его изготовления.

Добавка к вольфраму окиси тория ThO₂ замедляет процесс его рекристаллизации и обеспечивает мелкокристаллическую структуру. Такой вольфрам является прочным при механических сотрясениях, однако он сильно провисает и поэтому не пригоден для изготовления тел накала в виде спиралей. Вольфрам с повышенным содержанием окиси тория используется для изготовления катодов газоразрядных ламп из-за его высокой эмиссионной способности.

Для изготовления спиралей применяют вольфрам с присадкой оксида кремния SiO₂ вместе со щелочными металлами – калием и натрием, а также вольфрам, содержащий, кроме указанных, присадку оксида алюминия Al₂O₃. Последний дает наилучшие результаты при изготовлении биспиралей.

Электроды большинства ламп накаливания выполняют из чистого никеля. Выбор обусловлен хорошими вакуумными свойствами этого металла, выделяющего сорбированные в нем газы, высокими токопроводящими свойствами и свариваемостью с вольфрамом и другими материалами. Ковкость никеля позволяет заменять сварку с вольфрамом обжатием, обеспечивающим хорошую электро- и теплопроводность. В вакуумных лампах накаливания вместо никеля используют медь.

Держатели изготавливают как правило, из молибденовой проволоки, сохраняющей упругость при высокой температуре. Это позволяет поддерживать тело накала в растянутом состоянии даже после его расширения в результате нагрева. Молибден имеет температуру плавления 2890 К и температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), в интервале от 300 до 800 К равный 55 × 10 -7 К -1 . Из молибдена делают также вводы в тугоплавкие стекла.

Выводы ламп накаливания изготавливают из медной проволоки, которую приваривают торцевой сваркой к вводам. У ламп накаливания малой мощности отдельные выводы отсутствуют, их роль выполняют удлиненные вводы, изготовленные из платинита. Для припаивания выводов к цоколю применяют оловянно-свинцовый припой марки ПОС-40.

Стекла

Штабики, тарелочки, штенгели, колбы и другие стеклянные детали, применяемые в одной и той же лампе накаливания, изготовляют из силикатного стекла с одинаковым температурным коэффициентом линейного расширения, что необходимо для обеспечения герметичности мест сварки этих деталей. Значения температурного коэффициента линейного расширения ламповых стекол должны обеспечивать получение согласованных спаев с металлами, используемыми для изготовления вводов. Наибольшее распространение получило стекло марки СЛ96-1 со значением температурного коэффициента, равным 96 × 10 -7 К -1 . Это стекло может работать при температурах от 200 до 473 К.

Одним из важных параметров стекла является интервал температур, в пределах которого оно сохраняет свариваемость. Для обеспечения свариваемости некоторые детали изготовляют из стекла марки СЛ93-1, отличающегося от стекла марки СЛ96-1 химическим составом и более широким интервалом температур, в котором оно сохраняет свариваемость. Стекло марки СЛ93-1 отличается повышенным содержанием окиси свинца. При необходимости уменьшения размеров колб применяют более тугоплавкие стекла (например, марки СЛ40-1), температурный коэффициент которых составляет 40 × 10 -7 К -1 . Эти стекла могут работать при температурах от 200 до 523 К. Наиболее высокую рабочую температуру имеет кварцевое стекло марки СЛ5-1, лампы накаливания из которого могут работать при 1000 К и более в течение нескольких сотен часов (температурный коэффициент линейного расширения кварцевого стекла 5,4 × 10 -7 К -1 ). Стекла перечисленных марок прозрачны для оптического излучения в интервале длинн волн от 300 нм до 2,5 – 3 мкм. Пропускание кварцевого стекла начинается от 220 нм.

Вводы

Вводы изготовляют из материала, который наряду с хорошей электропроводностью должен иметь тепловой коэффициент линейного расширения, обеспечивающий получение согласованных спаев с применяемыми для изготовления ламп накаливания стеклами. Согласованными называют спаи материалов, значения теплового коэффициента линейного расширения которых во всем интервале температур, то есть от минимальной до температуры отжига стекла, отличаются не более чем на 10 – 15%. При впае металла в стекло лучше, если тепловой коэффициент линейного расширения металла несколько ниже, чем у стекла. Тогда при остывании впая стекло обжимает металл. При отсутствии металла, обладающего требуемым значением теплового коэффициента линейного расширения, приходится изготовлять не согласованные впаи. В этом случае вакуумно-плотное соединение металла со стеклом во всем диапазоне температур, а также механическая прочность впая обеспечиваются специальной конструкцией.

Согласованный спай со стеклом марки СЛ96-1 получают при использовании платиновых вводов. Дороговизна этого металла привела к необходимости разработки заменителя, получившего название «платинит». Платинит представляет собой проволоку из железоникелевого сплава с температурным коэффициентом линейного расширения меньшим, чем у стекла. При наложении на такую проволоку слоя меди можно получить хорошо проводящую биметаллическую проволоку с большим температурным коэффициентом линейного расширения, зависящим от толщины слоя наложенного слоя меди и теплового коэффициента линейного расширения исходной проволоки. Очевидно, что такой способ согласования температурных коэффициентов линейного расширения позволяет осуществлять согласование в основном по диаметральному расширению, оставляя несогласованным температурный коэффициент продольного расширения. Для обеспечения лучшей вакуумной плотности спаев стекла марки СЛ96-1 с платинитом и усиления смачиваемости поверх слоя меди, окисленного по поверхности до закиси меди, проволока покрывается слоем буры (натриевая соль борной кислоты). Достаточно прочные впаи обеспечиваются при использовании платиновой проволоки диаметром до 0,8 мм.

Вакуумно-плотный впай в стекло СЛ40-1 получают при использовании молибденовой проволоки. Эта пара дает более согласованный впай, чем стекло марки СЛ96-1 с платинитом. Ограниченное применение этого впая связано с дороговизной исходных материалов.

Для получения вакуумно-плотных вводов в кварцевое стекло необходимы металлы с весьма малым тепловым коэффициентом линейного расширения, которых не существует. Поэтому необходимый результат получаю благодаря конструкции ввода. В качестве металла используют молибден, отличающийся хорошей смачиваемостью кварцевым стеклом. Для ламп накаливания в кварцевых колбах применяют простые фольговые вводы.

Наполнение ламп накаливания газом позволяет повысить рабочую температуру тела накала без уменьшения срока службы из-за снижения скорости распыления вольфрама в газовой среде по сравнению с распылением в вакууме. Скорость распыления снижается с ростом молекулярной массы и давления наполняющего газа. Давление наполняющих газов составляет около 8 × 104 Па. Какой газ для этого использовать?

Использование газовой среды приводит к появлению тепловых потерь из-за теплопроводности через газ и конвекции. Для снижения потерь выгодно заполнять лампы тяжелыми инертными газами или их смесями. К таким газам относятся получаемые из воздуха азот, аргон, криптон и ксенон. В таблице 3 приведены основные параметры инертных газов. Азот в чистом виде не применяют из-за больших потерь, связанных с его относительно высокой теплопроводностью.

Основные параметры инертных газов

Газ	Молекулярная масса	Потенциал ионизации, В	Теплопроводность, 10 -2 Вт/(м×К)
Водород Аргон Криптон Ксенон	28,01 39,94 83,70 131,30	15,80 15,69 13,94 12,08	2,38 1,62 0,80 0,50

Источник: Афанасьева Е. И., Скобелев В. М., «Источники света и пускорегулирующая аппаратура: Учебник для техникумов», 2-е издание переработанное – Москва: Энергоатомиздат, 1986 – 272с.

Обозначения на электрических схемах розеток, выключателей, лампочек

Перед прокладкой электрических сетей в доме или квартире в обязательном порядке составляется монтажная схема. Кроме кабельных линий, в ней наносится множество других условных знаков. Поскольку большинство монтажных работ может быть выполнено самостоятельно, необходимо правильно читать и расшифровывать обозначение розеток и выключателей на чертежах. Такие знания позволят избежать ошибок при установке, а каждое изделие займет свое место, отведенное на схеме.

Обозначение розеток на чертежах

На электрических схемах розетки обозначаются разными способами, в зависимости от ее конструкции и особенностей подключения.

На рисунке 1 отображена розетка с двумя полюсами для подключения фазного и нулевого провода. Она является накладной и не имеет заземления. Изображается в виде полукруга, лежащего на разрезе, с одной вертикальной полоской, расположенной сверху. Наличие двух полосок указывает на сдвоенную розетку.
Рисунок 2 также представляет накладную двухполюсную розетку, но уже с заземлением. На полукруге располагается горизонтальная полоска, вверх отходит одна вертикальная полоска. Если из каждого угла отходит еще по одной полоске, это означает, что розетка с тремя полюсами и рассчитана на 380 В.
На 3-м рисунке изображено условное обозначение встроенной розетки под скрытую установку. Полукруг разрезается пополам вертикальной полоской. Наличие двух полосок указывает на сдвоенную конструкцию розетки.

Другие конструкции розеток обозначаются по такому же принципу.

В них также имеется полукруг с отходящими контактами.

Рисунок 4 соответствует встроенным двухполюсным розеткам с заземлением. На чертеже они разрезаются вертикальной полоской, а сверху полукруга располагается горизонтальная линия. Трехполюсные розетки обозначаются дополнительными полосками, выходящими из углов.
Рисунок 5 обозначает двухполюсную встроенную конструкцию с фазой и нулем, оборудованную заземлением. Обозначение на схеме такое же, как на 4-м рисунке, за исключением двух вертикальных полосок.
На 6-м рисунке показаны розетки, защищенные крышкой. Они имеют два полюса – фазу и ноль, могут быть с заземлением или без него.

Обозначение выключателей на чертежах

Все выключатели схематически изображаются как окружность, на которой в верхней части расположена черта. Один крючок, размещенный в верху черточки, указывает на одноклавишный выключатель открытого типа. Два крючка соответствуют двухклавишному выключателю. Значок с тремя крючками означает выключатель с тремя клавишами. (Рисунки 1,2)

В том случае, когда над основной черточкой поставлена перпендикулярная полоска, это указывает на конструкцию выключателя, предназначенную для скрытой установки (Рисунок 3). Одна, две или три линии соответствуют одно-, двух- или трехклавишному выключателю.

Если окружность полностью закрашена черным цветом, она является изображением влагостойкого выключателя открытого типа.

На рисунке 4 изображена окружность, которую пересекает линия с черточками, расположенными на концах. Таким образом, на электрических схемах обозначаются проходные выключатели в двух положениях. Схема зеркально отображает два обыкновенных выключателя. Количество перпендикулярных черточек указывает на число клавиш. Обозначение влагостойких переключателей имеет вид закрашенной окружности.

Рисунки 5, 6 и 7 отображают выключатели, скомпонованные вместе с розетками в одном блоке. Такое размещение существенно экономит место и облегчает монтаж. Для подключения требуется всего один провод, укладываемый в единую штробу.

На рисунке 5 изображен обыкновенный выключатель, соединенный со стандартной розеткой. Весь блок предназначен для скрытой установки. Следующий вариант (Рисунок 6) более сложный. В него входит розетка с заземлением, а также одно- и двухклавишный выключатель. На рисунке 7 изображен блок, состоящий из двух обычных выключателей и одной розетки.

Обозначение светильников на схеме

Светильники занимают ведущее место при проектировании освещения. В современных схемах они отмечаются не только по отдельности, но могут также отображаться в виде так называемых динамических блоков, очень удобных для проектирования освещения в конкретных помещениях.

Данные обозначения используются не только для внутреннего, но и для наружного освещения. В этих схемах присутствуют дополнительные элементы, которые применяются в процессе монтажа.

Обозначения элементов сети

Кроме светильников, розеток и выключателей каждая электрическая сеть содержит большое количество других элементов. Среди них чаще всего встречаются трансформаторы, переключатели, электроустановочные изделия и другие детали.

Применяемые комплектующие детали и изделия в обязательном порядке отображаются на электрических схемах и чертежах в соответствии с установленными стандартами. Для того чтобы правильно прочитать такую схему, необходимо точно знать не только условные обозначения в электрических схемах, но и технические характеристики каждого элемента. Все связи между отдельными деталями указываются с помощью специальных позиционных обозначений.

Условные графические обозначения выполняются специально разработанными стандартизованными геометрическими символами. Они могут применяться отдельно для каждого элемента или в сочетании с другими видами изделий. От этих сочетаний во многом зависит общий смысл того или иного геометрического образа.

Кроме схематического рисунка, на отображаемых элементах присутствуют позиционные обозначения с цифровыми и буквенными маркировками. Кроме того, существуют квалификационные обозначения, устанавливающие вид соединения, значения тока и напряжения, способы регулировки, электрические связи и другие характеристики.

Обозначение щитов, коробов, шкафов

В электрических сетях большое внимание уделяется надежной защите вводов кабелей и проводов, а также различной коммутационной аппаратуры. Для этих целей широко применяются всевозможные конструкции шкафов, щитов или ящиков, изготовленных из металла или пластика. Все виды щитового оборудования рассчитаны на различное напряжение. Они отличаются габаритными размерами, в зависимости от количества установленных приборов и устройств. Для сокращенного обозначения применяются соответствующие заглавные буквы «Ш», «Щ», «Я».

В современных условиях все более широкую популярность приобретают щиты квартирные, отображаемые на схемах как «ЩК». Они успешно используются на новых объектах или при реконструкции электропроводки в старых зданиях. Модели щитов разделяются на ЩКУ – щит квартирный учетный и ЩКР – щит квартирный распределительный.

Довольно часто на электрических схемах розеток, выключателей, и других элементов, встречаются обозначения в виде ША и ЩА, что соответствует шкафам или щитам автоматики. Кроме того, существуют условные символы ШАВР – шкаф автоматического ввода резерва, ЩАП – щиты автоматического переключения.

Как читать электрические схемы

Чтение схем: лампы и фотоэлементы

Лампа накаливания – представляет собой электрический источник света. Принцип сборки довольно прост: тело накала (обычно это тугоплавкий проводник) который помещается в вакуумный сосуд. Иногда данный сосуд заполняют инертным газом. Такое заполнение, при протекании электрического тока через него, нагревается и начинает излучать в широком спектральном диапазоне свет. Лампы нашли довольно таки широкое применение в современной электротехнике. Давайте разберемся, как же лампы изображаются на схемах.

Лампы накаливания.

Общее обозначение всех видов ламп накаливания, то есть осветительной и сигнальной приведены ниже на рисунке под номерами № 1 и № 2 соответственно. Если на схемах, возле обозначений ламп накаливания стоит надпись «IR», то это значит, что здесь идет инфракрасное излучение.

Важно! Раньше, в изображении сигнальных ламп секторы допускалось зачернять (смотрите обозначение № 3). Сегодня этот стандарт отменен, но если необходимо показать цвет лампы, то используются соответствующие надписи: C2 – красный, С4 – желтый, С5 – зеленый, С6 – синий, С9 – белый. Здесь на рисунке видно, что изображенная лампа под № 4 имеет синий цвет, так как имеется надпись С6.

Газоразрядные лампы.

Пример изображения газоразрядных ламп проиллюстрированы на рисунках:

Здесь № 5 – обозначает лампу тлеющего разряда, то есть неоновая лампа, а № 6 обозначает пускатель, то есть стартер, для люминесцентных ламп. Пример схемы газоразрядной лампы приведен на рисунке № 9. Рисунок дает ясно понять, что лампочка имеет одну сигнальную газоразрядную осветительную лампу с 2-мя выводами. Точка внутри обозначения свидетельствует о том, что это лампа низкого давления.

Важно! Раньше данную точку располагали иначе – см № 10. Далее даны примеры обозначений газоразрядных ламп с простыми электродами (черточка – это анод, кружочек – это катод). На рис. 12 проиллюстрирована лампа уже высокого давления (2 точки свидетельствуют это) с ультрафиолетовым излучением (UV– обозначение ультрафиолета). № 13 – лампа сверхвысокого давления с флуоресценцией (флуоресценция обозначается буквами «FL»). Очень часто на схематических обозначениях ламп могут встретиться буквы, которые характеризуют название газового наполнителя: I– йод; Хе – ксенон; Ne– неон; Na– натрий; Hg– ртуть. На рисунке приведен пример включения газоразрядной осветительной лампы № 9 с пускателем № 6, где «LL1» – дроссель. Ознакомиться со схематическими обозначениями дросселей можно здесь.

Фотоэлементы. В обозначениях фотоэлементах практически нет ничего сложного, они обозначаются, как показано на рисунках №№ 7-8.

ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Источники света

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

ЕДИНАЯ СИСТЕМА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ
ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ

ИСТОЧНИКИ СВЕТА

ГОСТ 2.732-68

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Единая система конструкторской документации

ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ.
ИСТОЧНИКИ СВЕТА

Unified system for design documentation.
Graphic identifications in schemes.
Light sources

ГОСТ
2.732-68

Дата введения 01.01.71

1. Настоящий стандарт устанавливает условные графические обозначения источников света на схемах, выполняемых вручную или автоматизированным способом, изделий всех отраслей промышленности и строительства.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1. Обозначения элементов электровакуумных приборов — по ГОСТ 2.731.

2. Обозначения элементов источников света приведены в табл. 1.

Таблица 1

Наименование	Обозначение
1. (Исключен, Изм. № 2).
2. Давление
а) низкое
б) высокое
б) высокое
в) сверхвысокое
в) сверхвысокое
3. Излучение импульсное
3. Излучение импульсное
4. Газовое наполнение:
неон	Ne
ксенон	Xe
натрий	Na
ртуть	Hg
йод	I
5. Баллон а) с внутренним отражающим слоем Примечание. Положение линии внутри баллона, указывающей внутренний отражающий слой, не устанавливается.
б) с внешним отражающим слоем




6. Дуговой электрод

(Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

3. Примеры построения обозначений источников света приведены в табл. 2.

Таблица 2

Наименование	Обозначение
1. Лампа накаливания осветительная и сигнальная. Общее обозначение. Примечание. Если необходимо указать цвет лампы, допускается использовать следующие обозначения: С2 — красный; С4 — желтый; С5 — зеленый; С6 — синий; С9 — белый
1а. Лампа с импульсной световой сигнализацией
1а. Лампа с импульсной световой сигнализацией
2. Лампа накаливания двухнитевая:
а) с тремя выводами
б) с четырьмя выводами
3. Лампа газоразрядная осветительная и сигнальная. Общее обозначение:
а) с двумя выводами
б) с четырьмя выводами
4. Лампа газоразрядная низкого давления:
а) безэлектродная
б) с простыми электродами:
для работы при постоянном токе
для работы при переменном токе
в) с комбинированными электродами
в) с комбинированными электродами
г) с комбинированными электродами с предварительным подогревом

д) с комбинированным электродом для работы при постоянном и переменном токе
е) с самокалящимся катодом
е) с самокалящимся катодом
5. Лампа газоразрядная высокого давления:
а) с простыми электродами





б) с комбинированными электродами и внешним поджигом






6. Лампа газоразрядная сверхвысокого давления:
а) с простыми электродами
б) с комбинированными электродами и внутренним поджигом
Примечания к пп. 4 — 6: 1. При необходимости допускается лампы с самокалящимся катодом обозначать следующим образом, например:
а) лампа газоразрядная низкого давления с простыми электродами и самокалящимся катодом




б) лампа газоразрядная высокого давления с комбинированными электродами, с предварительным подогревом с самокалящимися катодами





2. Допускается газоразрядные лампы изображать в баллоне вытянутой формы, например, лампа газоразрядная низкого давления с комбинированными электродами и предварительным подогревом



7. Лампа газоразрядная с жидким катодом и наружным поджигом
8. Лампа газоразрядная импульсная:
а) низкого давления с простыми электродами и внешним поджигом
б) высокого давления с комбинированными электродами и внутренним поджигом
Примечание. (Исключено, Изм. № 1).
9. Лампа газоразрядная, низкого давления с комбинированными электродами, с предварительным подогревом, ультрафиолетового излучения

Примечание к пп. 3 — 9. Для указания типа газоразрядных ламп используют буквенные обозначения: электролюминесцентная — EL, флуоресцентная — FL.
Например, лампа газоразрядная низкого давления с простыми электродами с флуоресценцией
10. Лампа накаливания инфракрасного излучения
10. Лампа накаливания инфракрасного излучения
10а. Лампа накаливания с восстановительным йодным циклом
11. Лампа с внутренним отражающим слоем:
а) газоразрядная низкого давления с комбинированными электродами

б) накаливания
б) накаливания
12. Лампа дуговая:
а) электроды соосны


б) электроды расположены под углом
13. Прибор индикации электролюминесцентный некоммутируемый
14. Прибор индикации электролюминесцентный коммутируемый:


а) с односторонним управлением
б) с двусторонним управлением
15. Пускатель для газоразрядных ламп

(Измененная редакция, Изм. № 1, 3).

4. Размеры условного графического обозначения лампы накаливания

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Комитетом стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР.

РАЗРАБОТЧИКИ

В.Р. Верченко, Ю.И. Степанов, Е.Г. Старожилец, B.C. Мурашов, Г.Г. Геворкян, Л.С. Крупальник, Г.Н. Гранатович, В.А. Смирнова, Е.В. Пурижинская, Ю.Б. Карлинский, В.Г. Черткова, Г.С. Плис, Ю.П. Лейчик.

3. ВЗАМЕН ГОСТ 7624-62 в части разд. 12, подразд. Ж.

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка	Номер пункта
ГОСТ 2.731-81	1

лучевых диаграмм для плоских зеркал

Принцип прямой видимости предполагает, что для просмотра изображения объекта в зеркале человек должен смотреть вдоль линии на изображение объекта. При визировании по такой линии свет от объекта отражается от зеркала в соответствии с законом отражения и попадает в глаз человека. Этот процесс обсуждался и объяснялся ранее в этом уроке. Один полезный инструмент, который часто используется для описания этой идеи, известен как диаграмма лучей.Лучевая диаграмма — это диаграмма, на которой прослеживается путь, по которому свет проходит, чтобы человек мог увидеть точку на изображении объекта. На схеме для падающего и отраженного луча нарисованы лучи (линии со стрелками). Сложные объекты, такие как люди, часто представлены фигурками или стрелками. В таких случаях принято рисовать лучи для крайних положений таких объектов.

Рисование лучевых диаграмм — пошаговый подход
В этом разделе Урока 2 подробно описана и проиллюстрирована процедура построения лучевых диаграмм.Начнем с рисования лучевой диаграммы, чтобы показать, как Сьюзи сможет увидеть изображение зеленой стрелки объекта на диаграмме ниже. Для простоты предположим, что Сьюзи смотрит изображение с закрытым левым глазом. Таким образом, мы сосредоточимся на том, как свет проходит от двух концов стрелки объекта (левой и правой) к зеркалу и, наконец, к правому глазу Сьюзи, когда она смотрит на изображение. Четыре шага процесса построения лучевой диаграммы перечислены, описаны и проиллюстрированы ниже.
1. Нарисуйте изображение объекта.
Используйте принцип, согласно которому расстояние до объекта равно расстоянию до изображения, чтобы определить точное местоположение объекта. Возьмите один крайний на объекте и тщательно измерьте расстояние от этой крайней точки до зеркала. Отметьте такое же расстояние на противоположной стороне зеркала и отметьте изображение этой крайней точки . Повторите этот процесс для всех крайностей объекта, пока не определите полное расположение и форму изображения.Обратите внимание, что все измерения расстояний должны производиться вдоль сегмента, перпендикулярного зеркалу.
2. Выберите одну крайность на изображении объекта и нарисуйте отраженный луч, который будет двигаться к глазу, когда он смотрит в эту точку.
Используйте принцип прямой видимости: глаз должен смотреть вдоль линии на изображение объекта, чтобы видеть изображение объекта. Принято проводить жирную линию для отраженного луча (от зеркала до глаза) и пунктирную линию как продолжение этого отраженного луча; пунктирная линия проходит за зеркалом до точки изображения.На отраженном луче должна быть стрелка, указывающая направление, в котором распространяется свет. Острие стрелки должно быть направлено к глазу, поскольку свет проходит от зеркала к глазу, что позволяет глазу видеть изображение.
3. Нарисуйте падающий луч для света, проходящего от соответствующей точки на объекте к зеркалу.
Падающий луч отражается от поверхности зеркала по закону отражения.Но вместо измерения углов вы можете просто провести падающий луч от крайней точки объекта до точки падения на поверхность зеркала. Поскольку на шаге 2 вы нарисовали отраженный луч, точка падения уже определена; точка падения — это просто точка, где луч зрения пересекает поверхность зеркала. Таким образом проведите падающий луч от крайней точки до точки падения. Еще раз, не забудьте нарисовать стрелку на луче, чтобы указать направление его движения.Стрелка должна быть направлена в сторону зеркала, поскольку свет проходит от объекта к зеркалу.
4. Повторите шаги 2 и 3 для всех остальных конечностей объекта.
После выполнения шагов 2 и 3 вы только показали, как свет проходит от одного крайнего объекта к зеркалу и, наконец, к глазу. Вам также нужно будет показать, как свет распространяется от других крайних точек объекта к глазу.Это просто вопрос повторения шагов 2 и 3 для каждой индивидуальной крайности. После повторения для каждой крайности ваша лучевая диаграмма будет завершена.

Ваша очередь практиковаться
Лучший способ научиться рисовать диаграммы лучей — это попробовать сами. Это просто. Просто скопируйте две приведенные ниже схемы на чистый лист бумаги, возьмите линейку / линейку и начните.При необходимости обратитесь к четырехэтапной процедуре, указанной выше. Когда закончите, сравните вашу диаграмму с законченными диаграммами внизу этой страницы.
Использование диаграмм лучей Диаграммы
могут быть особенно полезны для определения и объяснения того, почему только часть изображения объекта может быть видна из заданного места. На лучевой диаграмме справа показаны линии взгляда, используемые глазом, чтобы увидеть часть изображения в зеркале.Поскольку зеркало недостаточно длинное, глаз может видеть только самую верхнюю часть изображения. Самая низкая точка изображения, которую может видеть глаз, — это точка, совпадающая с линией взгляда, которая пересекает самый низ зеркала. Поскольку глаз пытается рассмотреть даже более низкие точки на изображении, зеркала недостаточно для отражения света от нижних точек объекта к глазу. Часть объекта, которую нельзя увидеть в зеркале, на приведенной ниже схеме заштрихована зеленым.
Точно так же лучевые диаграммы являются полезными инструментами для определения и объяснения того, какие объекты могут просматриваться при визировании в зеркало из заданного места.Например, предположим, что шесть студентов — Ал, Бо, Сай, Ди, Эд и Фред сидят перед плоским зеркалом и пытаются увидеть друг друга в зеркале. И предположим, что упражнение включает ответы на следующие вопросы: Кого Ал может видеть? Кого может увидеть Бо? Кого может Сай увидеть? Кого видит Ди? Кого видит Эд? А кого может видеть Фред?
Задание начинается с поиска изображений данных студентов. Затем Ал изолируется от остальных учеников, и проводится линия взгляда, чтобы увидеть, кого Ал может видеть.Самый левый ученик, которого Ал может видеть, — это ученик, изображение которого находится справа от линии взгляда, пересекающей левый край зеркала. Это был бы Эд. Крайний правый ученик, которого Ал может видеть, — это ученик, изображение которого находится слева от линии взгляда, пересекающей правый край зеркала. Это будет Фред. Ал мог видеть любого ученика, стоящего между Эдом и Фредом, глядя на любые другие позиции вдоль зеркала. Однако в данном случае между Эдом и Фредом нет других учеников; таким образом, Эд и Фред — единственные ученики, которых Ал может видеть? На диаграмме ниже это показано с использованием прямой видимости для Al.

Конечно, тот же процесс можно повторить для других учеников, наблюдая за их взглядами. Возможно, вы захотите попытаться определить, кого могут видеть Бо, Сай, Ди, Эд и Фред? Затем проверьте свои ответы, нажав кнопку ниже.

Проверьте свое понимание
1.Шесть учеников располагаются перед зеркалом. Их позиции показаны ниже. На схеме также нарисовано изображение каждого ученика. Постройте соответствующие конструкции прямой видимости, чтобы определить, что ученики могут видеть каждый отдельный ученик.

Вот законченные диаграммы для двух примеров, приведенных выше в разделе Your Turn to Practice .
Вернуться к диаграмме.
Учебное пособие по физике: лучевые диаграммы — вогнутые зеркала
Тема этого блока заключалась в том, что мы видим объект, потому что свет от объекта попадает в наши глаза, когда мы видим линию на объект. Точно так же мы видим изображение объекта, потому что свет от объекта отражается от зеркала и попадает в наши глаза, когда мы смотрим на местоположение изображения объекта.Исходя из этих двух основных предпосылок, мы определили местоположение изображения как место в пространстве, из которого кажется, что свет расходится. Диаграммы лучей были ценным инструментом для определения пути света от объекта к зеркалу к нашим глазам. В этом разделе Урока 3 мы исследуем метод построения лучевых диаграмм для объектов, размещенных в различных местах перед вогнутым зеркалом.
Чтобы нарисовать эти диаграммы, мы должны вспомнить два правила отражения для вогнутых зеркал:
Ранее в этом уроке была показана следующая диаграмма, показывающая путь света от объекта до зеркала к глазу.
На этой диаграмме показаны пять падающих лучей и соответствующие им отраженные лучи. Каждый луч пересекается в месте нахождения изображения, а затем расходится к глазу наблюдателя. Каждый наблюдатель будет наблюдать одно и то же место изображения, и каждый световой луч подчиняется закону отражения. Тем не менее, для определения местоположения изображения потребуются только два из этих лучей, поскольку для нахождения точки пересечения требуется только два луча. Из пяти нарисованных падающих лучей два соответствуют падающим лучам, описываемым нашими двумя правилами отражения для вогнутых зеркал.Поскольку это самая простая и предсказуемая пара лучей для рисования, они будут использоваться в оставшейся части урока.
Пошаговый метод построения лучевых диаграмм
Метод построения лучевых диаграмм для вогнутого зеркала описан ниже. Этот метод применяется к задаче построения лучевой диаграммы для объекта, расположенного на за пределами центра кривизны (C) вогнутого зеркала.Тем не менее, тот же метод работает для рисования диаграммы лучей для любого местоположения объекта.
1. Укажите точку на вершине объекта и нарисуйте два падающих луча, идущих к зеркалу.
Используя линейку, аккуратно нарисуйте один луч так, чтобы он проходил точно через точку фокусировки на пути к зеркалу. Нарисуйте второй луч так, чтобы он двигался точно параллельно главной оси. Поместите стрелки на лучи, чтобы указать направление их движения.
2.Как только эти падающие лучи попадают в зеркало, отразите их в соответствии с двумя правилами отражения для вогнутых зеркал.
Луч, который проходит через точку фокусировки на пути к зеркалу, будет отражаться и двигаться параллельно главной оси. Используйте прямую кромку, чтобы точно нарисовать путь. Луч, который прошел параллельно главной оси на пути к зеркалу, будет отражаться и проходить через точку фокусировки. Поместите стрелки на лучи, чтобы указать направление их движения.Вытяните лучи за точку их пересечения.
3. Отметьте изображение верхней части объекта.
Точка изображения верхней части объекта — это точка пересечения двух отраженных лучей. Если бы вы нарисовали третью пару падающих и отраженных лучей, то третий отраженный луч также прошел бы через эту точку. Это просто точка, где весь свет от верхней части объекта пересекается при отражении от зеркала.Конечно, остальная часть объекта также имеет изображение, и его можно найти, применив те же три шага к другой выбранной точке. (См. Примечание ниже.)
4. Повторите процесс для нижней части объекта.
Цель лучевой диаграммы — определить местоположение, размер, ориентацию и тип изображения, которое формируется вогнутым зеркалом. Обычно для этого требуется определить, где находится изображение верхнего и нижнего крайних точек объекта, а затем проследить все изображение.После выполнения первых трех шагов было найдено только положение изображения верхнего края объекта. Таким образом, процесс необходимо повторить для точки в нижней части объекта. Если нижняя часть объекта лежит на главной оси (как в этом примере), то изображение этой точки также будет лежать на главной оси и находиться на том же расстоянии от зеркала, что и изображение верха объекта. . На этом этапе можно заполнить все изображение.
Некоторым учащимся трудно понять, как можно вывести все изображение объекта после определения одной точки на изображении.Если объект является выровненным по вертикали объектом (например, объект стрелки, используемый в примере ниже), то процесс прост. Изображение представляет собой просто вертикальную линию. Теоретически необходимо выбрать каждую точку на объекте и нарисовать отдельную диаграмму лучей, чтобы определить местоположение изображения этой точки. Для этого потребуется много диаграмм лучей, как показано ниже.
К счастью, ярлык существует. Если объект представляет собой вертикальную линию, то изображение также является вертикальной линией.Для наших целей мы будем иметь дело только с более простыми ситуациями, когда объект представляет собой вертикальную линию, нижняя часть которой расположена на главной оси. Для таких упрощенных ситуаций изображение представляет собой вертикальную линию с нижним концом, расположенным на главной оси.
Лучевая диаграмма выше показывает, что, когда объект расположен в позиции за пределами центра кривизны, изображение располагается в позиции между центром кривизны и точкой фокусировки.Кроме того, изображение инвертируется, уменьшается в размере (меньше объекта) и становится реальным. Это тип информации, которую мы хотим получить из лучевой диаграммы. Эти характеристики изображения будут рассмотрены более подробно в следующем разделе Урока 3.
После того, как метод рисования лучевых диаграмм отработан пару раз, он становится таким же естественным, как дыхание. Каждая диаграмма дает конкретную информацию об изображении. На двух диаграммах ниже показано, как определить местоположение, размер, ориентацию и тип изображения для ситуаций, когда объект расположен в центре кривизны и когда объект расположен между центром кривизны и точкой фокусировки.
Следует отметить, что процесс построения лучевой диаграммы одинаков независимо от того, где находится объект. Хотя результат лучевой диаграммы (расположение, размер, ориентация и тип изображения) отличается, одни и те же два луча всегда рисуются . Два правила отражения применяются для определения места, где все отраженные лучи, по-видимому, расходятся (что для реальных изображений также является местом пересечения отраженных лучей).
В трех описанных выше случаях — в случае, когда объект расположен за пределами C, в случае, когда объект расположен в C и в случае, когда объект находится между C и F, — световые лучи сходятся в точку после отражения с зеркала. В таких случаях формируется реальное изображение . Как обсуждалось ранее, реальное изображение формируется всякий раз, когда отраженный свет проходит через местоположение изображения. В то время как плоские зеркала всегда создают виртуальные изображения, вогнутые зеркала способны создавать как реальные, так и виртуальные изображения.Как показано выше, реальные изображения создаются, когда объект находится на расстоянии более одного фокусного расстояния от зеркала. Виртуальное изображение формируется, если объект находится на расстоянии менее одного фокусного расстояния от вогнутого зеркала. Чтобы понять, почему это так, можно использовать диаграмму лучей.
Смотрите! Инструктор по физике обсуждает природу реального изображения с помощью демонстрации физики.

Лучевая диаграмма для формирования виртуального изображения
Лучевая диаграмма для случая, когда объект расположен на впереди фокальной точки, показан на диаграмме справа.Обратите внимание, что в этом случае световые лучи расходятся после отражения от зеркала. Когда световые лучи расходятся после отражения, формируется виртуальное изображение. Как и в случае с плоскими зеркалами, местоположение изображения можно найти, проследив все отраженные лучи назад, пока они не пересекутся. Каждому наблюдателю казалось бы, что отраженные лучи расходятся от этой точки. Таким образом, точка пересечения протяженных отраженных лучей и есть точка изображения. Поскольку свет на самом деле не проходит через эту точку (свет никогда не проходит за зеркалом), изображение называется виртуальным изображением.Заметьте, что когда объект расположен на перед точкой фокусировки, его изображение представляет собой вертикальное увеличенное изображение, расположенное с другой стороны зеркала. Фактически, одно обобщение, которое можно сделать в отношении всех виртуальных изображений, создаваемых зеркалами (как плоскими, так и изогнутыми), заключается в том, что они всегда находятся в вертикальном положении и всегда расположены по другую сторону от зеркала.

Лучевая диаграмма для объекта, расположенного в фокусной точке
До сих пор мы видели с помощью лучевых диаграмм, что реальное изображение создается, когда объект находится на расстоянии более одного фокусного расстояния от вогнутого зеркала; и виртуальное изображение формируется, когда объект находится на расстоянии менее одного фокусного расстояния от вогнутого зеркала (т.е.е., перед F ). Но что происходит, когда объект находится в точке F? То есть какой тип изображения формируется, когда объект находится ровно на одном фокусном расстоянии от вогнутого зеркала? Конечно, лучевая диаграмма всегда является одним из инструментов, помогающих найти ответ на такой вопрос. Однако, когда в этом случае используется лучевая диаграмма, возникает непосредственная трудность. Падающий луч, который начинается с верхнего края объекта и проходит через точку фокусировки, не попадает в зеркало.Таким образом, для определения точки пересечения всех отраженных лучей необходимо использовать другой падающий луч. Любой падающий световой луч будет работать до тех пор, пока он встречается с зеркалом. Напомним, что единственная причина, по которой мы использовали те два, что у нас есть, заключается в том, что их можно удобно и легко нарисовать. На схеме ниже показаны два падающих луча и соответствующие им отраженные лучи.
В случае объекта, расположенного в фокусной точке (F), световые лучи не сходятся и не расходятся после отражения от зеркала.Как показано на диаграмме выше, отраженные лучи движутся параллельно друг другу. Следовательно, световые лучи не будут сходиться на стороне объекта зеркала, чтобы сформировать реальное изображение; они также не могут быть вытянуты назад на противоположной стороне зеркала, чтобы пересекаться, образуя виртуальное изображение. Итак, как следует интерпретировать результаты лучевой диаграммы? Ответ: изображения нет !! Удивительно, но когда объект расположен в фокусной точке, нет места в пространстве, в котором наблюдатель может видеть, от которого все отраженные лучи кажутся расходящимися.Изображение не формируется, когда объект находится в фокусе вогнутого зеркала.

Мы хотели бы предложить … Зачем просто читать об этом и когда можно с этим взаимодействовать? Взаимодействие — это именно то, что вы делаете, когда используете одну из интерактивных функций The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием наших интерактивных приложений Optics Bench Interactive или Name That Image Interactive.Вы можете найти это в разделе Physics Interactives на нашем сайте. Optics Bench Interactive предоставляет учащимся интерактивную среду для изучения формирования изображений с помощью линз и зеркал. Интерактивное приложение Name That Image Interactive предлагает учащимся интенсивную умственную тренировку по распознаванию характеристик изображения для любого заданного местоположения объекта перед изогнутым зеркалом.

Проверьте свое понимание
На схеме ниже показаны два световых луча, исходящих из верхней части объекта и падающих в сторону зеркала.Опишите, как можно нарисовать отраженные лучи этих световых лучей без использования транспортира и закона отражения.

Физика флуоресценции — диаграмма Яблонского
Так что же на самом деле происходит, когда что-то светится? Электромагнитное излучение на одной длине волны поглощается, а затем переизлучается на более длинной волне.Длины волн света соответствуют воспринимаемым цветам (если они попадают в видимый диапазон), и это означает, что свет с более короткой длиной волны, такой как ультрафиолетовый или синий, преобразуется в свет с большей длиной волны, например зеленый, желтый, оранжевый, красный.
Прежде чем мы углубимся в физику, краткое описание «Быстрый старт»:
Фотон №1 попадает в молекулу
Фотон №1 поглощен, электрон на основном уровне получает энергию и перескакивает на более высокий уровень
Электрон теряет часть этой энергии
Электрон прыгает обратно на уровень земли и излучает фотон №2
Фотон №2 имеет меньшую энергию, соответствующую другому цвету (длине волны света)
Диаграмма Яблонского (ниже) обычно используется для иллюстрации физики флуоресценции.На диаграмме электронные (энергетические) состояния обозначены жирными горизонтальными линиями. Тонкие горизонтальные линии над ними представляют колебательные / вращательные подуровни. Электроны обычно находятся в самом низком энергетическом состоянии, обозначенном S ₀. Когда фотон (обозначенный синей линией, входящей слева) с соответствующей энергией взаимодействует с молекулой, фотон может поглощаться, в результате чего электрон перескакивает на один из уровней возбужденного состояния (S ₁ или S ₂ на схеме).Под «соответствующей энергией» мы подразумеваем количество, соответствующее разнице энергий между основным и возбужденным состояниями. Таким образом, не все падающие фотоны с одинаковой вероятностью будут поглощены. Этот процесс перехода очень быстр, порядка 10 ^-15 секунд (миллионная миллиардная секунды).
Диаграмма Яблонского для флуоресценции

Электрон в возбужденном состоянии быстро (порядка 10 ^-12 секунд) теряет свою энергию из-за вибрации (тепла), процесса, называемого внутренним преобразованием , и падает до самого низкого уровня первого (S ₁ ) возбужденное состояние.Оттуда электрон может упасть на один из подуровней основного (S ₀) состояния, испуская фотон с энергией, эквивалентной разности энергий перехода. Это происходит в масштабе наносекунд (10 ^-9-10 ^-8 секунд) после того, как начальный фотон был поглощен. Поскольку испускаемый фотон имеет меньшую энергию, чем поглощенный фотон, он имеет большую длину волны. Это объясняет волшебный процесс флуоресценции, который преобразует свет одной длины волны (цвета) в другой и приводит к феноменальному отображению очень насыщенных цветов у кораллов и многих других морских организмов.
Вероятность поглощения фотона зависит от длины волны (энергии). Даже для тех фотонов, которые поглощаются, существуют другие процессы, которые конкурируют с флуоресценцией за снятие возбуждения электронов возбужденного состояния. В хлорофилле, например, энергия электронов возбужденного состояния используется для питания химического механизма фотосинтеза, и лишь небольшая часть проявляется в виде темно-красной флуоресценции, которую мы видим у растений и водорослей. Количество флуоресцирующих фотонов по отношению к количеству поглощенных составляет квантовой эффективности .Чем выше поглощение и квантовая эффективность, тем ярче флуоресценция.
Другой способ подумать об этом — использовать старую модель электронов, вращающихся вокруг ядра. В основном (S ₀) состоянии электроны находятся на орбитали, ближайшей к ядру. Когда они поглощают энергию падающего фотона, они прыгают на более высокую орбиталь (S ₁, S ₂ и т. Д.) Или на ее подуровни. Они не могут прыгать в промежутки между орбиталями, и поэтому не все длины волн света заставляют что-то флуоресцировать.
Лучший способ документировать флуоресцентные свойства конкретного образца — это измерить спектры возбуждения и испускания . Спектр возбуждения представляет собой график относительной эффективности различных длин волн света для возбуждения флуоресценции у субъекта, в то время как спектр излучения представляет собой график относительного распределения энергии, высвобождаемой в форме флуоресценции.
Диаграмма
лучей для оценки центра роговицы.(c) падающий на зеркало) ….
Контекст 1
… видим, что результирующий вертикальный шум при оценке взгляда очень велик (σ v = 35 мм). Помните, что весь шум возникает из-за небольшого гауссовского шума (σ = 0,2) на изображении. Даже такой небольшой шум в конечном итоге вызовет очень большой шум в результате оценки взгляда. (На самом деле шум оценки взгляда меняется, когда объект движется головой и фиксируется в разных направлениях. Здесь мы просто хотим показать, что небольшой шум 2D-изображения может вызвать большой шум оценки взгляда.) В разделе 3.4 мы даем способ уменьшить этот шум. В нашем алгоритме есть два важных предположения относительно света и виртуального зрачка. В этом разделе мы покажем, что смещение, вносимое этими предположениями, слишком мало, чтобы повлиять на результат оценки взгляда. В разделе 3.2 мы предполагаем, что светодиодный индикатор расположен в исходной точке камеры. Таким образом, луч света к поверхности роговицы будет отражаться обратно по своему собственному пути. Затем мы можем использовать наш алгоритм для оценки центра роговицы.Однако на практике мы можем поместить свет близко к центру камеры, но не можем направить свет точно в исходную точку камеры. В нашей системе источник света расположен примерно на 20 мм перед камерой. В этом разделе мы будем использовать синтетические данные, чтобы проверить эффект 20-миллиметрового смещения источника света. В отличие от рисунка 3 в разделе 3.2, лучевая диаграмма показана на рисунке 11 для демонстрации отражений, когда источники света не находятся в центре камеры. В разделе 3.3 мы делаем предположение, что виртуальный зрачок также находится на оптической оси.В разделе 3.4 мы делаем предположение, что расстояние от виртуального зрачка до центра роговицы постоянно. Фактически, только положение ученика удовлетворяет этим двум предположениям. В этом разделе мы покажем, что они также подходят для положения виртуального зрачка. Наш эксперимент основан на лучевой диаграмме на рис. 4 в разделе 3.3. Мы генерируем синтетический центр роговицы c = (- 35, 0, 450) и девять синтетических положений зрачка p. Расстояние между p и c является постоянной величиной: K = 4.2 мм ([Guestrin and Eizenman 2006]). Затем, соединив p ∗ с c, получается оптическая ось и можно оценить наземные точки наблюдения. Девять наземных точек наблюдения показаны как «o» на рисунке 13. Тогда, учитывая радиус роговицы R = 7. 8 мм и показатель преломления роговицы n = 1. 3375, мы можем вычислить преломленный луч и изображения виртуального зрачка v 11 и v 22. Учитывая изображения виртуального зрачка, мы по-прежнему используем метод из раздела 3.3, чтобы восстановить положение виртуального зрачка, а затем оценить точки взгляда.Результат показан на рисунке 13. Мы видим, что расстояние между виртуальным зрачком и центром роговицы (K ˆ = p — c) изменяется, когда объект фиксируется в другом положении. Но изменение ограничено (<0,1 мм). Отметим также, что (K ˆ) больше, чем расстояние зрачок-роговица K = 4. 2. Это означает, что ученик находится за виртуальным учеником. При соединении c и p для оценки оптической оси результирующие оценки взгляда отображаются как «*» s. Средняя ошибка для этих девяти точек взгляда равна 0.623мм. Эта ошибка очень мала. Поэтому в нашем алгоритме мы просто игнорируем эту ошибку и предполагаем, что виртуальный зрачок также находится на оптической оси. 2006 г. БАЙМЕР, Д. И ФЛИКНЕР, М. 2003. Отслеживание взгляда с помощью активной стереоголовки. Конференция IEEE по CVPR03. C.H.M ORIMOTO, K OONS, D., A.A MIR, AND F LICKNER, M. 2000. Обнаружение зрачков и трекинг с использованием нескольких источников света. Image and Vision Computing 18, 331–336. G UESTRIN, E. D., AND E IZENMAN, M. 2006. Общая теория оценки удаленного взгляда с использованием центра зрачка и отражений роговицы.IEEE Transactions по биомедицинской инженерии 53, 1124–1133. ХАРО, А., Ф. ЛИКНЕР, М., И Э. SSA, I. 2000. Обнаружение и отслеживание глаз с помощью их физиологических свойств, динамики и внешнего вида. Конференция IEEE по CVPR00. Х. УЧИНСОН, Т., Дж. Р., К. П. У., И Р. Эйхерт, К. 1989. Взаимодействие человека с компьютером с использованием ввода глаз-взгляда. Протоколы IEEE по системам, человеку и кибернетике 19, 1527–1533. J ACOB, R.J. 1991. Использование движений глаз в технологиях взаимодействия человека с компьютером: то, на что вы смотрите, вы получаете.ACM Tracnsations on Information Systems 9, 152–169. Л АГАРИАС, Дж. К., Редс, Дж. А., У. Райт, М. Х., И У Райт, П. Е. 1998. Свойства сходимости симплекс-метода Нелдера-Мида в малых размерностях. SIAM Journal of Optimization 9, 1. 2005. Lc technologies, inc. . Л ИВЕРСЕДЖ, С. И Ф ИНДЛЕЙ, Дж. 2000. Саккадические движения глаз и познание. Тенденции в когнитивной науке 4, 6–14. МАСОН, М., Б. Х. ООД, И МАКРА, К., 2004. Посмотрите мне в глаза: направление взгляда и память человека. Память 12, 637–643.М. ОРИМОТО, К. Х. И М. ИМИКА, М. Р. 2005. Методы отслеживания взгляда для интерактивных приложений. Компьютерное зрение и Im- 98, 4–24. М ОРИМОТО, К. Х., МИР, А. И Ф ЛИКНЕР, М. 2002. Определение положения глаз и взгляда с помощью одной камеры и 2 источников света. Материалы Международной конференции по признанию партнеров. ОЙСТЕР, C. W. 1999. Человеческий глаз: структура и функции. Sinauer Associate, Inc. S HIH, S.-W., AND LIU, J. 2004. Новый подход к трехмерному отслеживанию взгляда с использованием стереокамер.IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, PartB 34, 1, 234–245. 2007г. T RUCCO, E. И V ERRI, A. 1998. Вводные методы для 3D компьютерного зрения. W ANG, J.-G., AND S UNG, E. 2002. Исследование оценки взгляда. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, PartB 32, 3, 332–350. Z HAI, S., M ORIMOTO, C., AND I HDE, S. 1999. Каскадное (магическое) наведение вручную и взглядом. Материалы конференции SIGCHI «Человеческий фактор в вычислительных системах», 246–253. З. ХАНГ, З.2000. Новый гибкий метод калибровки камеры. Транзакции IEEE на PAMI 22. Z HU, Z. AND J I., Q. 2004. Отслеживание взгляда и взгляда для интерактивного графического дисплея. Машинное зрение и приложения 15, 3, 139 - 148. Z HU, Z., AND J I, Q. 2005. Отслеживание взгляда при естественных движениях головы. Конференция компьютерного общества IEEE по компьютерному зрению и распознаванию образов (CVPR05). Z HU, Z. AND J I., Q. 2007. Новые техники отслеживания взгляда при естественном движении головы. появиться в IEEE Transactions on Biomedical Engineering...
Контекст 2
… несколько камер и несколько источников света. В их методе нет необходимости знать параметры глаза, зависящие от пользователя. Однако, поскольку блики и центр зрачка должны быть извлечены очень точно, чтобы уменьшить шум, они используют камеры с очень узким зумом обзора, чтобы сфокусироваться на глазу и получить изображение глаза с высоким разрешением. Однако это ограничит пространство для движения головы. Чтобы обеспечить свободное движение головы, некоторые системы оценки взгляда в 3D сочетают камеру с широким обзором лица с камерой с узким обзором.Например, Ван и Сун [Wang and Sung 2002] комбинируют систему оценки позы лица с камерой с узким полем обзора (фокусное расстояние = 55 мм) для вычисления направления взгляда. В [Beymer and Flickner 2003] Беймер и Фликер используют более сложную систему, которая включает два набора стереосистем. Одна широкоугольная стереосистема для обнаружения головы и одна стереосистема с узким полем обзора для отслеживания взгляда с высоким разрешением. После того, как набор характеристик изображения глаза извлечен, сложная трехмерная модель глаза подгоняется к этим характеристикам с помощью метода нелинейной оценки.Однако этот процесс численного подбора очень сложен в вычислениях. В [Guestrin and Eizenman 2006] они суммируют предыдущие методы трехмерной оценки и дают общую математическую модель для системы оценки взгляда, которая использовала оценки центров зрачка и одного или нескольких бликов. Однако в их математической модели есть много нелинейных уравнений. Они решают эти уравнения численным методом. Это не только сложно, но и нестабильно, когда есть шум. Таким образом, большинство существующих методов трехмерного отслеживания взгляда имеют следующие ограничения.(1) Во-первых, поскольку оценка трехмерного взгляда очень чувствительна к шуму изображения, необходимо очень точно выделить особенности глаза. В большинстве этих систем используются камеры с увеличением для получения изображений глаз с высоким разрешением. Однако эта камера с узким полем обзора ограничит движение головы. Хотя другая система с широким полем обзора может использоваться для управления камерой глаза, чтобы позволить большее движение головы, эта система очень сложна. (2) Во-вторых, большинство алгоритмов трехмерного взгляда должны решать нелинейные уравнения. Численные решения этих нелинейных уравнений обычно сложны и чувствительны к шуму.В нашей системе отслеживания взгляда 3D мы предлагаем использовать простую систему стереокамеры с объективом 8 мм, чтобы получить изображение всего лица, чтобы голова могла двигаться в большой области, не теряя глаз. Кроме того, мы разместили две ИК-подсветки рядом с центрами камер. Эта конфигурация системы не только позволяет легко обнаруживать зрачок и блеск из-за эффекта яркого / черного зрачка, но также упрощает уравнения для оценки трехмерного центра роговицы. Наконец, чтобы точно оценить виртуальную трехмерную ось, мы налагаем ограничение на уточнение извлеченных трехмерных характеристик глаза из системы стереокамеры.Мы покажем, что ограничение может эффективно улучшить окончательный результат оценки взгляда. Эта новая система является расширением [Zhu and Ji 2007]. По сравнению с предыдущей работой наша новая система имеет три улучшения: (1) На основе нашей специальной конфигурации источников света и камер трехмерное положение центра роговицы может быть получено непосредственно методом линейной триангуляции. (2) В предыдущей работе [Shih and Liu 2004] был предложен шумовой анализ оценки трехмерных точек. Однако они не анализировали последующий шум при оценке взгляда.В нашей работе мы аналитически показываем, что даже небольшой шум при оценке трехмерных точек вызовет очень большой шум при оценке взгляда. Итак, мы предлагаем ограничение для уменьшения шума при оценке взгляда. Благодаря этому методу шумоподавления наша оценка взгляда может работать даже на изображении глаза с низким разрешением. (3) Для оценки параметров, зависящих от пользователя, предлагается простая процедура калибровки по 4 точкам. Как показано на рисунке 1, глазное яблоко состоит из сегментов двух сфер разного размера [Oyster 1999].Передний меньший сегмент — роговица. Роговица прозрачная, а зрачок находится внутри роговицы. Оптическая ось глаза определяется как трехмерная линия, соединяющая центр зрачка (p ∗) и центр роговицы (c). Визуальная ось — это трехмерная линия, соединяющая центр роговицы (c) и центр ямки (т.е. область сетчатки с самой высокой остротой зрения). Поскольку точка взгляда определяется как пересечение визуальной оси, а не оптической оси со сценой, необходимо моделировать соотношение между этими двумя осями.Угол между оптической осью и визуальной осью называется каппа, которая является постоянной величиной для каждого человека. Наша система состоит из набора стереокамер и двух ИК-фонарей, которые устанавливаются рядом с центрами камер соответственно (рис. 2). Диаграмма отражательных лучей нашей системы показана на рисунке 3. (На этой диаграмме источники света расположены в центрах камеры). Когда свет проходит через глаз, сферическая поверхность роговицы действует как отражающая поверхность, а точка отражения на поверхности роговицы называется блеском.На рисунке 3 c — центр роговицы. q 22 и q 11 — роговичные отражения (блики) на поверхности роговицы. u 11 и u 22 — центры бликов на изображении. В соответствии со свойствами выпуклого зеркала, падающий луч, который направлен к центру кривизны зеркала, отражается обратно по своему собственному пути (так как обычно это действительно так, u 11 и u 22 можно рассматривать как изображения Трехмерная точка c в двух камерах. Таким образом, мы можем получить c, используя традиционные методы трехмерной реконструкции. На практике мы используем метод триангуляционной трехмерной реконструкции, известный как триангуляция [Trucco and Verri 1998], чтобы получить c.Здесь мы делаем важное предположение: светодиодный индикатор расположен в исходной точке камеры. Это предположение подтверждается в Приложении B.1. Как обсуждалось ранее, оптическую ось можно получить, соединив центр роговицы c и центр зрачка p ∗. Однако из-за преломления на поверхности роговицы мы можем видеть только виртуальное изображение зрачка (p), а не сам зрачок (p ∗), как показано на рисунке 4. После того, как мы получим виртуальный зрачок и роговицу центральные позиции, мы можем соединить их, чтобы получить оптическую ось.Однако метод трехмерной реконструкции, описанный в разделах 3.2 и 3.3, не является точным. Имеется шум (≈ 1 мм, см. Приложение A.1) в предполагаемых трехмерных положениях виртуального зрачка и центров роговицы. Поскольку типичное расстояние между зрачком и центром роговицы составляет всего 4,2 мм ([Guestrin and Eizenman 2006]), шум в 1 мм вызовет значительный шум на расчетной оптической оси и последующей оценке взгляда. (Пожалуйста, обратитесь к Приложению A для подробного анализа шума.) В этом разделе мы представим метод уменьшения такого рода шума 3D-реконструкции.В нашем эксперименте испытуемого просят последовательно зафиксировать 9 точек на экране, и для каждой точки фиксации получают 60 оценок точки взгляда. Если мы напрямую вычислим положение виртуального зрачка и центра роговицы с помощью 3D-реконструкции, результат будет показан на рисунке 5 (A). Сплошные кружки — предполагаемые точки фиксации, а маленькие крестики — предполагаемые точки взгляда. Мы можем видеть, что существует значительный шум для каждой точки фиксации, на что указывает большой разброс в предполагаемом положении взгляда.(Здесь параметры глаза для этого объекта уже получены с помощью процедуры калибровки в разделе 4.2. И результаты на рис. 5 (A) и 5 (B) используют те же параметры.) Этот шум возникает из-за шума трехмерной реконструкции. В Приложении A.1 мы аналитически показываем, что этот трехмерный шум в основном находится в направлении z и вызовет шум оценки взгляда, как на рисунке 5 (A). Чтобы минимизировать ошибку 3D-реконструкции, мы накладываем ограничение на расстояние виртуальный зрачок-роговица: мы предполагаем, что это расстояние является константой (K) для каждого человека.Затем мы меняем координату z виртуального зрачка, сохраняя координаты x и y фиксированными, чтобы удовлетворить этому ограничению. Например, учитывая предполагаемый центр роговицы c = (xc, yc, zc) T и виртуальный центр зрачка p = (xp, yp, zp) T, мы можем пересчитать z-координату p как …
Контекст 3
… метод позволяет свободное движение головы. Однако его точность очень быстро падает, когда объект удаляется от камеры, и в результате уменьшается разрешение изображения.[Shih and Liu 2004] предлагают новый метод оценки направления взгляда в трехмерном пространстве с помощью нескольких камер и нескольких источников света. В их методе нет необходимости знать параметры глаза, зависящие от пользователя. Однако, поскольку блики и центр зрачка должны быть извлечены очень точно, чтобы уменьшить шум, они используют камеры с очень узким зумом обзора, чтобы сфокусироваться на глазу и получить изображение глаза с высоким разрешением. Однако это ограничит пространство для движения головы. Чтобы обеспечить свободное движение головы, некоторые системы оценки взгляда в 3D сочетают камеру с широким обзором лица с камерой с узким обзором.Например, Ван и Сун [Wang and Sung 2002] комбинируют систему оценки позы лица с камерой с узким полем обзора (фокусное расстояние = 55 мм) для вычисления направления взгляда. В [Beymer and Flickner 2003] Беймер и Фликер используют более сложную систему, которая включает два набора стереосистем. Одна широкоугольная стереосистема для обнаружения головы и одна стереосистема с узким полем обзора для отслеживания взгляда с высоким разрешением. После того, как набор характеристик изображения глаза извлечен, сложная трехмерная модель глаза подгоняется к этим характеристикам с помощью метода нелинейной оценки.Однако этот процесс численного подбора очень сложен в вычислениях. В [Guestrin and Eizenman 2006] они суммируют предыдущие методы трехмерной оценки и дают общую математическую модель для системы оценки взгляда, которая использовала оценки центров зрачка и одного или нескольких бликов. Однако в их математической модели есть много нелинейных уравнений. Они решают эти уравнения численным методом. Это не только сложно, но и нестабильно, когда есть шум. Таким образом, большинство существующих методов трехмерного отслеживания взгляда имеют следующие ограничения.(1) Во-первых, поскольку оценка трехмерного взгляда очень чувствительна к шуму изображения, необходимо очень точно выделить особенности глаза. В большинстве этих систем используются камеры с увеличением для получения изображений глаз с высоким разрешением. Однако эта камера с узким полем обзора ограничит движение головы. Хотя другая система с широким полем обзора может использоваться для управления камерой глаза, чтобы позволить большее движение головы, эта система очень сложна. (2) Во-вторых, большинство алгоритмов трехмерного взгляда должны решать нелинейные уравнения. Численные решения этих нелинейных уравнений обычно сложны и чувствительны к шуму.В нашей системе отслеживания взгляда 3D мы предлагаем использовать простую систему стереокамеры с объективом 8 мм, чтобы получить изображение всего лица, чтобы голова могла двигаться в большой области, не теряя глаз. Кроме того, мы разместили две ИК-подсветки рядом с центрами камер. Эта конфигурация системы не только позволяет легко обнаруживать зрачок и блеск из-за эффекта яркого / черного зрачка, но также упрощает уравнения для оценки трехмерного центра роговицы. Наконец, чтобы точно оценить виртуальную трехмерную ось, мы налагаем ограничение на уточнение извлеченных трехмерных характеристик глаза из системы стереокамеры.Мы покажем, что ограничение может эффективно улучшить окончательный результат оценки взгляда. Эта новая система является расширением [Zhu and Ji 2007]. По сравнению с предыдущей работой наша новая система имеет три улучшения: (1) На основе нашей специальной конфигурации источников света и камер трехмерное положение центра роговицы может быть получено непосредственно методом линейной триангуляции. (2) В предыдущей работе [Shih and Liu 2004] был предложен шумовой анализ оценки трехмерных точек. Однако они не анализировали последующий шум при оценке взгляда.В нашей работе мы аналитически показываем, что даже небольшой шум при оценке трехмерных точек вызовет очень большой шум при оценке взгляда. Итак, мы предлагаем ограничение для уменьшения шума при оценке взгляда. Благодаря этому методу шумоподавления наша оценка взгляда может работать даже на изображении глаза с низким разрешением. (3) Для оценки параметров, зависящих от пользователя, предлагается простая процедура калибровки по 4 точкам. Как показано на рисунке 1, глазное яблоко состоит из сегментов двух сфер разного размера [Oyster 1999].Передний меньший сегмент — роговица. Роговица прозрачная, а зрачок находится внутри роговицы. Оптическая ось глаза определяется как трехмерная линия, соединяющая центр зрачка (p ∗) и центр роговицы (c). Визуальная ось — это трехмерная линия, соединяющая центр роговицы (c) и центр ямки (т.е. область сетчатки с самой высокой остротой зрения). Поскольку точка взгляда определяется как пересечение визуальной оси, а не оптической оси со сценой, необходимо моделировать соотношение между этими двумя осями.Угол между оптической осью и визуальной осью называется каппа, которая является постоянной величиной для каждого человека. Наша система состоит из набора стереокамер и двух ИК-фонарей, которые устанавливаются рядом с центрами камер соответственно (рис. 2). Диаграмма отражательных лучей нашей системы показана на рисунке 3. (На этой диаграмме источники света расположены в центрах камеры). Когда свет проходит через глаз, сферическая поверхность роговицы действует как отражающая поверхность, а точка отражения на поверхности роговицы называется блеском.На рисунке 3 c — центр роговицы. q 22 и q 11 — роговичные отражения (блики) на поверхности роговицы. u 11 и u 22 — центры бликов на изображении. В соответствии со свойствами выпуклого зеркала, падающий луч, который направлен к центру кривизны зеркала, отражается обратно по своему собственному пути (так как обычно это действительно так, u 11 и u 22 можно рассматривать как изображения Трехмерная точка c в двух камерах. Таким образом, мы можем получить c, используя традиционные методы трехмерной реконструкции. На практике мы используем метод триангуляционной трехмерной реконструкции, известный как триангуляция [Trucco and Verri 1998], чтобы получить c.Здесь мы делаем важное предположение: светодиодный индикатор расположен в исходной точке камеры. Это предположение подтверждается в Приложении B.1. Как обсуждалось ранее, оптическую ось можно получить, соединив центр роговицы c и центр зрачка p ∗. Однако из-за преломления на поверхности роговицы мы можем видеть только виртуальное изображение зрачка (p), а не сам зрачок (p ∗), как показано на рисунке 4. После того, как мы получим виртуальный зрачок и роговицу центральные позиции, мы можем соединить их, чтобы получить оптическую ось.Однако метод трехмерной реконструкции, описанный в разделах 3.2 и 3.3, не является точным. Имеется шум (≈ 1 мм, см. Приложение A.1) в предполагаемых трехмерных положениях виртуального зрачка и центров роговицы. Поскольку типичное расстояние между зрачком и центром роговицы составляет всего 4,2 мм ([Guestrin and Eizenman 2006]), шум в 1 мм вызовет значительный шум на расчетной оптической оси и последующей оценке взгляда. (Пожалуйста, обратитесь к Приложению A для подробного анализа шума.) В этом разделе мы представим метод уменьшения такого рода шума 3D-реконструкции.В нашем эксперименте испытуемого просят последовательно зафиксировать 9 точек на экране, и для каждой точки фиксации получают 60 оценок точки взгляда. Если мы напрямую вычислим положение виртуального зрачка и центра роговицы с помощью 3D-реконструкции, результат будет показан на рисунке 5 (A). Сплошные кружки — предполагаемые точки фиксации, а маленькие крестики — предполагаемые точки взгляда. Мы можем видеть, что существует значительный шум для каждой точки фиксации, на что указывает большой разброс в предполагаемом положении взгляда.(Здесь параметры глаза для этого объекта уже получены с помощью процедуры калибровки в разделе 4.2. И результаты на рис. 5 (A) и 5 (B) используют те же параметры.) Этот шум возникает из-за шума трехмерной реконструкции. В Приложении A.1 мы аналитически показываем, что этот трехмерный шум в основном находится в направлении z и вызовет шум оценки взгляда, как на рисунке 5 (A). Чтобы минимизировать ошибку 3D-реконструкции, мы накладываем ограничение на расстояние виртуальный зрачок-роговица: мы предполагаем, что это расстояние является константой (K) для каждого человека.Затем мы меняем координату z виртуального зрачка, сохраняя координаты x и y фиксированными, чтобы удовлетворить этому ограничению. Например, учитывая предполагаемый центр роговицы c = (xc, yc, zc) T и виртуальный центр зрачка p = (xp, yp, zp) T, мы можем пересчитать z-координату p как …
Дисперсия Диаграмма — обзор
8.5.1 Угол Брюстера, 45 градусов, решетки, гофра и т. Д.
Геометрические подходы для ввода света в детектор ISB представлены на рис.8.11A и положение на диаграмме дисперсии плоского многослойного материала. k ∥ — это волновой вектор в плоскости (сохраняется во всех слоях), а ω — угловая частота сигнала. Мы пренебрегаем изменением оптических показателей с длиной волны.
Рис. 8.11. (A) Диаграмма дисперсии и схематическое изображение геометрических конфигураций связи: связь по углу Брюстера, полное внутреннее отражение и связь с наклонными гранями, а также геометрия с управляемыми модами. См. Текст для подробного описания.Маленькие черные стрелки показывают поляризацию E-поля для волн p или TM. (B) Диаграмма дисперсии и схематическое представление конфигурации связи дифракционной решетки. Падающий свет падает от подложки. (C) СЭМ-изображение пикселей в матрице QWIP, показывающее двумерную дифракционную решетку сверху. (D) Примеры линзовых решеток для увеличения площади сбора детектора. Слои КХД находятся под центральной полосой / кружком / квадратом. (E) Схема самоскатывающегося трубчатого QWIP, чувствительного к любому углу падения.
Панель (D): От А. Харрера, Б. Шварца, Р. Ганса, П. Рейнингера, Х. Дец, Т. Цедербауэра, А. Эндрюс, В. Шренк, Г. Штрассер, Квантовый каскадный детектор среднего инфракрасного диапазона с плазмонными линзами, Appl. Phys. Lett. 105 (17) (2014) 171112; Панель (E): Авторы: Х. Ван, Х. Чжэнь, С. Ли, Ю. Цзин, Г. Хуанг, Ю. Мэй, В. Лу, самокатывание и захват света в гибких наномембранах с квантовыми ямами для широкой -угловые инфракрасные фотоприемники, Науч. Adv. 2 (8) (2016) e1600027.
Световой конус представляет собой область с синими горизонтальными полосами, где свет распространяется как в воздухе (индекс n _воздух), так и в полупроводниковой подложке ( n _sub) и в активных слоях. ( н. _QW).Простейшая конфигурация угловой связи Брюстера, при которой волна p полностью проходит на границе раздела подложка / воздух, выделена пунктирной линией внутри светового конуса. Он определяется оптическим индексом Брюстера nB = nsub2nsub2 + nair2. Обратите внимание, что, поскольку индекс полупроводниковых слоев высокий (обычно> 3), угол распространения внутри структуры низкий (обычно 17 градусов для GaAs при угле Брюстера 73 градуса), а количество потребляемой мощности на z — составляющая электрического поля всего 8.5%.
Конус из зеленого квадрата соответствует свету, распространяющемуся в полупроводниковых слоях, но при полном внутреннем отражении на границе с воздухом. Полированные грани используются для доступа к этим режимам распространения, где более высокие углы распространения и E _z компоненты поляризации p . Стандартная грань 45 градусов обеспечивает половину мощности, связанной с переходами ISB, что для квантовых ям GaAs при стандартных легированиях (10 ¹¹-10 ¹² см ^-2) соответствует примерно 1% падающей мощности, поглощаемой на проход на оптическую QW.Большинство отчетов о характеристиках QCD выполняется в этой конфигурации, где действительно в первом порядке η _abs ∼ N , так что EQE не зависит от количества периодов, но очень мало.
Коричневый конус с диагональными полосами соответствует волнам (и модам), направляемым подложкой в слоях квантовой ямы. Это возможно только тогда, когда n _sub < n _QW, например, в InGaAs / AlInAs / InP, но не для КХД на основе GaAs.В этой QCL-подобной конфигурации, доступной через торцевую связь на грани планарных или гребенчатых волноводов, поляризация TM полностью соответствует требованиям правила выбора ISB, и достигается высокая эффективность поглощения:
(8.21) ηabs = ηinjαQWαQW + αWG
, где η _inj — эффективность инжекции торцевого пламени на грани, α _WG — бесполезные линейные потери волновода (омические потери в контактах, потери на рассеяние на шероховатость поверхности и др.), а α _QW — полезные линейные потери на поглощение структурой квантовой ямы. Это зависит от перекрытия между волноводной модой и оптическими квантовыми ямами, но хороший порядок величины составляет 1 дБ / см на квантовую яму. Фактически, рекордное EQE в 40%, о котором сообщается в работе. [23] действительно представляет собой комбинацию хорошего IQE, проистекающего из однопериодной архитектуры, с высокой эффективностью поглощения, обеспечиваемой геометрией волновода, что является очень многообещающим для будущих архитектур с управляемой фотоникой.
Другой стандартной архитектурой оптической связи, разработанной для QWIP, являются элементы связи с дифракционной решеткой, представленные на рис. 8.11B. Основная идея состоит в том, чтобы связать падающий свет при нормальном падении с модой поверхностного плазмон-поляритона (SPP), которая существует на границе раздела между металлом и диэлектриком и почти полностью поляризована по типу z . Эта мода представлена золотой линией сразу за световым конусом подложки (для простоты мы предполагаем, что n _QW = n _sub) на развернутой диаграмме дисперсии.Дифракционная решетка предназначена для сгибания этой диаграммы так, чтобы на целевой частоте ω ₀ мода SPP перекрывалась с осью k _∥ = 0, соответствующей нормальному падению. Его периодичность должна быть примерно равна Λ = λ ₀/ n _eff, λ ₀ — длина волны в свободном пространстве при ω ₀ и n _eff ∼ n _QW — эффективный индекс режима SPP.Было показано, что для оптимального соединения глубина травления должна быть примерно равна λ ₀/4 n _eff, а коэффициент заполнения составляет около 50% (аналогичные площади полупроводников и металлов) [ 67].
Решеточные ответвители широко изучались в 1990-х годах, когда речь шла о 1D-пластинчатых решетках [68] или 2D-решетках [69]. Наряду с линзовыми решетками [74] были исследованы также вогнутые [70], многоволновые [71], случайные [72] и апериодические [73] решетки, см. Рис.8.11D. Однако, как показано на рис. 8.11B, мода SPP, лежащая в основе всех элементов связи дифракционной решетки, демонстрирует исчезающий хвост, который обычно расширяется в течение 10 периодов и имеет максимум поля, расположенный в верхнем контакте, где возникают вредные омические потери (поглощение свободных носителей заряда). . Эта электромагнитная конфигурация ограничивает IQE и, следовательно, EQE ниже 10%. Квазианалитическая модель характеристик КХД, в которой решетчатый элемент связи моделируется с использованием аналогии Фабри-Перо, показала, что оптимальное количество периодов для максимизации EQE и обнаружительной способности действительно составляет около 10 периодов и ниже [75].
Пирамидальные гофрированные QWIP также были исследованы [76] для освещения нормальным падением, где основная идея заключалась в использовании краев мезы под углом 45 градусов для направления света внутрь мезы. Однако для таких малых размеров пикселей, сравнимых с длиной волны материала, простая интуиция, обеспечиваемая изображениями геометрической оптики, может вводить в заблуждение. Фактически, в маленьких пикселях рассеяние самой мезаструктурой может вызвать поворот поляризации в направлении z .Но сложно дать простое физическое объяснение механизма сцепления и, следовательно, рекомендаций по проектированию. Только численный объемный полный трехмерный ЭМ расчет может дать оценки характеристик связи, но тогда влияние беспорядка и неидеальности изготовления становится чрезвычайно трудно оценить.
Еще один очень оригинальный способ сделать QWIP чувствительными к падающему свету был описан Wang et al. и проиллюстрирован на рис. 8.11E: структура QWIP была напечатана на саморегулирующейся мембране, которая образует трубчатые структуры и улавливает свет, падающий под любым углом [77].
Дифракция света | Что такое дифракция?
Дифракция — это термин, определяющий явление взаимодействия волн с частицами. В этой статье мы обсуждаем дифракцию световых волн, от примеров дифракции до уравнений дифракции света.
Что такое дифракция?
Мы классически думаем, что свет всегда движется по прямым линиям, но когда световые волны проходят около барьера, они имеют тенденцию огибать этот барьер и распространяться. Определение дифракции — это распространение волн при их прохождении через препятствие или вокруг него.В частности, применительно к свету дифракция света происходит, когда световая волна проходит через угол, отверстие или щель, которые физически имеют приблизительный размер или даже меньше длины волны этого света.
Примеры дифракции
Очень простую демонстрацию дифракции волн можно провести, держа руку перед источником света и медленно смыкая два пальца, наблюдая за светом, проходящим между ними. Когда пальцы сближаются и сближаются, вы начинаете видеть серию темных линий, параллельных пальцам.Параллельные линии на самом деле являются дифракционными картинами. Это явление также может происходить, когда свет «изгибается» вокруг частиц, которые имеют тот же порядок величины, что и длина волны света. Хорошим примером этого является дифракция солнечного света на облаках, которые мы часто называем серебряной полосой, показанной на рисунке 1 с красивым закатом над океаном.
Мы часто можем наблюдать пастельные оттенки синего, розового, пурпурного и зеленого в облаках, которые возникают, когда свет дифрагирует от капель воды в облаках.Степень дифракции зависит от длины волны света, при этом более короткие волны дифрагируют под большим углом, чем более длинные (в действительности, синий и фиолетовый свет дифрагируют под большим углом, чем красный свет). Когда световая волна, проходящая через атмосферу, встречает каплю воды, как показано ниже, она сначала преломляется на границе раздела вода-воздух, а затем отражается, когда снова сталкивается с поверхностью раздела. Луч, все еще движущийся внутри капли воды, снова преломляется, когда попадает на границу раздела в третий раз.Это последнее взаимодействие с границей раздела преломляет свет обратно в атмосферу, но также преломляет часть света, как показано ниже. Этот дифракционный элемент приводит к явлению, известному как ореол Челлини (также известному как эффект Хайлигеншайна), когда яркое кольцо света окружает тень головы наблюдателя.

В чем разница между дифракцией и рассеянием?
Термины дифракция и рассеяние часто используются как синонимы.Дифракция описывает специальный случай рассеяния света, в котором объект с регулярно повторяющимися характеристиками (например, дифракционная решетка) производит упорядоченную дифракцию света в дифракционной картине. В реальном мире большинство объектов имеют очень сложную форму, и их следует рассматривать как состоящие из множества отдельных дифракционных элементов, которые в совокупности могут производить случайное рассеяние света.

Оптический дифракционный эксперимент с одной щелью
Одной из классических и наиболее фундаментальных концепций, связанных с дифракцией световых волн, является эксперимент по оптической дифракции на одной щели, впервые проведенный в начале девятнадцатого века.Когда световая волна распространяется через щель (или апертуру), результат зависит от физического размера апертуры по отношению к длине волны падающего луча. Это проиллюстрировано на рисунке 3, предполагая, что когерентная монохроматическая волна, излучаемая точечным источником S, подобная свету, который может быть произведен лазером, проходит через отверстие d и дифрагируется, причем первичный падающий световой луч падает в точку P, а первый вторичные максимумы, возникающие в точке Q.
Как показано в левой части рисунка, когда длина волны (λ) намного меньше ширины апертуры (d), волна просто движется вперед по прямой линии, как и это было бы, если бы это была частица или не было бы отверстия.Однако, когда длина волны превышает размер апертуры, мы испытываем дифракцию света в соответствии с уравнением:
sinθ = λ / d
Где θ — угол между центральным направлением распространения падающего света и первым минимумом дифракционная картина. Эксперимент дает яркий центральный максимум, который с обеих сторон окружен вторичными максимумами, причем интенсивность каждого последующего вторичного максимума уменьшается по мере увеличения расстояния от центра.Рисунок 4 иллюстрирует эту точку графиком зависимости интенсивности луча от дифракционного радиуса. Обратите внимание, что минимумы, возникающие между вторичными максимумами, расположены кратно π.
Этот эксперимент был впервые объяснен Огюстином Френелем, который вместе с Томасом Янгом предоставил важные доказательства, подтверждающие, что свет распространяется волнами. На рисунках выше мы видим, как когерентный монохроматический свет (в данном примере — лазерное освещение), излучаемый из точки L, дифрагирует на апертуре d.Френель предположил, что амплитуда максимумов первого порядка в точке Q (определяемая как εQ) будет определяться уравнением:
dεQ = α (A / r) f (χ) d
, где A — амплитуда падающей волны, r — это расстояние между d и Q , а f (χ) является функцией χ , фактора наклона, введенного Френелем.
Дифракция света
Изучите, как световой луч преломляется, когда проходит через узкую щель или отверстие.Отрегулируйте длину волны и размер апертуры и посмотрите, как это влияет на картину интенсивности дифракции.
Дифракция света играет первостепенную роль в ограничении разрешающей способности любого оптического инструмента (например, фотоаппаратов, биноклей, телескопов, микроскопов и глаза). Разрешающая способность — это способность оптического прибора создавать отдельные изображения двух соседних точек. Это часто определяется качеством линз и зеркал в приборе, а также свойствами окружающей среды (обычно воздуха).Волнообразная природа света ставит предел разрешающей способности всех оптических инструментов.

Уравнения дифракции на круговой апертуре
При обсуждении дифракции мы использовали щель в качестве апертуры, через которую дифрагирует свет. Однако все оптические инструменты имеют круглые отверстия, например зрачок глаза или круговую диафрагму и линзы микроскопа. Круглые отверстия создают дифракционные картины, аналогичные описанным выше, за исключением того, что картина естественным образом демонстрирует круговую симметрию.Математический анализ дифрактограмм, созданных круглой апертурой, описывается уравнением дифракции:
sinθ (1) = 1,22 (λ / d)
, где θ (1) — угловое положение первого порядка минимумы дифракции (первое темное кольцо), λ — длина волны падающего света, d — диаметр апертуры, а 1,22 — постоянная величина. В большинстве случаев угол θ (1) очень мал, поэтому приближение, согласно которому sin и tan угла почти равны, дает:
θ (1) ≅ 1.22 (λ / d)
Из этих уравнений становится очевидным, что центральный максимум прямо пропорционален λ / d, делая этот максимум более разбросанным для более длинных волн и для меньших апертур. Вторичные минимумы дифракции ограничивают полезное увеличение линз объектива в оптической микроскопии из-за собственной дифракции света на этих линзах. Какой бы идеальной ни была линза, изображение точечного источника света, создаваемое линзой, сопровождается вторичными максимумами и максимумами более высокого порядка.От этого можно было избавиться, только если линза имела бесконечный диаметр. Два объекта, разделенных расстоянием менее θ (1) , не могут быть разрешены, независимо от того, насколько высока степень увеличения. Хотя эти уравнения были получены для изображения точечного источника света на бесконечном расстоянии от апертуры, это разумное приближение разрешающей способности микроскопа, когда вместо диаметра линзы объектива d .
Таким образом, если два объекта находятся на расстоянии D друг от друга и находятся на расстоянии L от наблюдателя, угол (выраженный в радианах) между ними равен:
θ = D / L
, что позволяет нам сжать последние два уравнения и получить:
D (0) = 1.22 (λL / d)
Где D (0) — минимальное расстояние между объектами, которое позволит их разрешить. Используя это уравнение дифракции, человеческий глаз может различать объекты, разделенные расстоянием 0,056 миллиметра, однако фоторецепторы в сетчатке недостаточно близко друг к другу, чтобы обеспечить такую степень разрешения, и 0,1 миллиметра является более реалистичным числом при нормальных обстоятельствах.
Разрешающая способность оптических микроскопов определяется рядом факторов, в том числе обсуждаемыми, но в наиболее идеальных условиях это число составляет около 0.2 микрометра. Это число должно учитывать оптическую настройку микроскопа, качество линз, а также преобладающую длину волны света, используемого для изображения образца. Хотя часто нет необходимости рассчитывать точную разрешающую способность каждого объектива (и в большинстве случаев это было бы пустой тратой времени), важно понимать возможности линз микроскопа в их применении в реальном мире.
Принцип Гюйгенса: дифракция | Физика II
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
Обсудите распространение поперечных волн.
Обсудите принцип Гюйгенса.
Объясните изгибание света.
На рисунке 1 показано, как выглядит поперечная волна, если смотреть сверху и сбоку. Можно представить себе, как световая волна распространяется таким образом, хотя на самом деле мы не видим, как она движется в пространстве. Сверху мы видим фронты волн (или гребни волн), как если бы смотрели на океанские волны. Вид сбоку представляет собой график электрического или магнитного поля. Вид сверху, пожалуй, самый полезный при разработке концепций волновой оптики.
Рис. 1. Поперечная волна, такая как электромагнитная волна, подобная свету, если смотреть сверху и сбоку. Направление распространения перпендикулярно фронтам волн (или гребням волн) и представлено стрелкой, похожей на луч.
Голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629–1695) разработал полезную технику для детального определения того, как и где распространяются волны. Исходя из некоторой известной позиции, принцип Гюйгенса гласит, что:
Каждая точка волнового фронта является источником вейвлетов, которые распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и сама волна.Новый волновой фронт — это линия, касательная ко всем вейвлетам.
Рис. 2. Принцип Гюйгенса, примененный к прямому волновому фронту. Каждая точка на волновом фронте излучает полукруглый вейвлет, который перемещается на определенное расстояние. Новый волновой фронт — это касательная линия к вейвлетам.
Рисунок 2 показывает, как применяется принцип Гюйгенса. Волновой фронт — это длинный край, который перемещается, например, гребень или впадину. Каждая точка на волновом фронте излучает полукруглую волну, движущуюся со скоростью v .Они отрисовываются сразу после t , так что они переместились на расстояние s = vt . Новый волновой фронт — это касательная линия к вейвлетам, и мы ожидаем, что волна будет на момент времени t позже. Принцип Гюйгенса работает для всех типов волн, включая волны на воде, звуковые волны и световые волны. Мы сочтем его полезным не только для описания распространения световых волн, но и для объяснения законов отражения и преломления. Вдобавок мы увидим, что принцип Гюйгенса говорит нам, как и где интерферируют световые лучи.
На рисунке 3 показано, как зеркало отражает приходящую волну под углом, равным углу падения, подтверждая закон отражения. Когда волновой фронт ударяется о зеркало, вейвлеты сначала излучаются из левой части зеркала, а затем из правой. Вейвлеты, расположенные ближе к левому краю, успели пройти дальше, создав волновой фронт, движущийся в указанном направлении.
Рис. 3. Принцип Гюйгенса, примененный к прямому волновому фронту, отражающемуся в зеркале. Показанные вейвлеты излучались, когда каждая точка волнового фронта ударялась о зеркало.Тангенс к этим вейвлетам показывает, что новый волновой фронт отражен под углом, равным углу падения. Направление распространения перпендикулярно волновому фронту, как показано стрелками, направленными вниз.
Закон преломления можно объяснить, применив принцип Гюйгенса к волновому фронту, переходящему из одной среды в другую (см. Рисунок 4). Каждый вейвлет на рисунке испускается, когда волновой фронт пересекает границу раздела сред. Поскольку скорость света во второй среде меньше, волны не распространяются так далеко за заданное время, и новый волновой фронт меняет направление, как показано.Это объясняет, почему луч меняет направление и становится ближе к перпендикуляру, когда свет замедляется. Закон Снеллиуса может быть выведен из геометрии на рисунке 4, но это оставлено в качестве упражнения для честолюбивых читателей.
Рис. 4. Принцип Гюйгенса применяется к прямому волновому фронту, движущемуся из одной среды в другую, где его скорость меньше. Луч наклоняется к перпендикуляру, так как вейвлеты имеют меньшую скорость во второй среде.
Что происходит, когда волна проходит через отверстие, например, свет проникает через открытую дверь в темную комнату? Что касается света, мы ожидаем увидеть резкую тень от дверного проема на полу комнаты, и мы не ожидаем, что свет будет загибать углы в другие части комнаты.Когда звук проходит через дверь, мы ожидаем услышать его повсюду в комнате и, таким образом, ожидаем, что звук распространяется при прохождении через такое отверстие (см. Рисунок 5). В чем разница между поведением звуковых волн и световых волн в этом случае? Ответ заключается в том, что свет имеет очень короткие длины волн и действует как луч. {- 1}} = 0.33 \ text {m} \\ [/ latex], примерно в три раза меньше ширины дверного проема).
Рис. 5. (a) Свет, проходящий через дверной проем, оставляет на полу четкие очертания. Поскольку длина волны света очень мала по сравнению с размером двери, он действует как луч. (б) Звуковые волны изгибаются во все части комнаты, волновой эффект, потому что их длина волны аналогична размеру двери.
Если мы пропускаем свет через отверстия меньшего размера, часто называемые щелями, мы можем использовать принцип Гюйгенса, чтобы увидеть, что свет изгибается, как звук (см. Рис. 6).Изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия называется дифракцией . Дифракция — это волновая характеристика, возникающая для всех типов волн. Если дифракция наблюдается для какого-либо явления, это свидетельствует о том, что это явление является волной. Таким образом, горизонтальная дифракция лазерного луча после того, как он проходит через прорези на рисунке 7, свидетельствует о том, что свет представляет собой волну.
Рис. 6. Принцип Гюйгенса, примененный к прямому волновому фронту, поражающему отверстие. Края волнового фронта изгибаются после прохождения через отверстие, этот процесс называется дифракцией.Величина изгиба более велика для небольшого отверстия, что согласуется с тем фактом, что волновые характеристики наиболее заметны при взаимодействии с объектами примерно того же размера, что и длина волны.
Рис. 7. (a) Лазерный луч, излучаемый обсерваторией, действует как луч, движущийся по прямой линии. Этот лазерный луч исходит из обсерватории Паранал Европейской южной обсерватории. (Фото: Юрий Белецкий, Европейская южная обсерватория) (б) Лазерный луч, проходящий через решетку вертикальных щелей, создает интерференционную картину, характерную для волны.(Источник: Шимон и Слава Рыбка, Wikimedia Commons)
Сводка раздела
Точный метод определения того, как и где распространяются волны, дается принципом Гюйгенса: каждая точка волнового фронта является источником вейвлетов, которые распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и сама волна. Новый волновой фронт — это линия, касательная ко всем вейвлетам.
Дифракция — это изгиб волны вокруг краев отверстия или другого препятствия.
Концептуальные вопросы
Как волновые эффекты зависят от размера объекта, с которым волна взаимодействует? Например, почему звук изгибается за угол здания, а свет — нет?
При каких условиях свет можно моделировать как луч? Как волна?
Выйдите на улицу на солнечный свет и понаблюдайте за своей тенью.У него нечеткие края, даже если вы этого не сделаете. Это дифракционный эффект? Объяснять.
Почему длина волны света уменьшается, когда он переходит из вакуума в среду? Укажите, какие атрибуты изменяются, а какие остаются прежними, и, следовательно, требуется уменьшение длины волны.
Применим ли принцип Гюйгенса ко всем типам волн?
Глоссарий
дифракция: изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия
Принцип Гюйгенса: каждая точка волнового фронта является источником вейвлетов, которые распространяются в прямом направлении с той же скоростью, что и сама волна.