Pytanie:
Dlaczego jasność żarówki nie zmienia się z czasem?
user181531
2018-02-28 13:27:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Żarówki domowe są zasilane prądem przemiennym, co oznacza, że napięcie źródła i prąd w obwodzie zmieniają się w czasie, co oznacza, że zasilanie nie jest stałe.Nie widzimy jednak żadnych zmian jasności żarówki.Dlaczego tak jest?

@NehalSamee Musiałbyś naprawić i wygładzić napięcie, aby utrzymać stałą moc, ponieważ $ V $ czasami spada do zera (co trywialnie daje zerową moc).Można to zrobić, ale nie można tego zrobić w zwykłej żarówce.
Niektórzy z nas widzą zmiany w światłach LED, które wykorzystują tanie prostowniki.
-1
@Valeus ... $ P∝I ^ {2} $ ...
@NehalSamee To to samo, ponieważ $ \ propto $ jest symetryczne.W szczególności $ P = \ frac {V ^ 2} {R} $ i $ P = I ^ 2 R $.
Mam laboratorium, które udostępniam moim studentom, które wykorzystuje czułe fotometry i zautomatyzowane systemy DAQ umożliwiające szybkie pobieranie próbek.Ustaw częstotliwość próbkowania na około 20 Hz, a *** zobaczysz różnicę, gdy używasz żarówek.
@Soumya Kanti, nie!Zmienia się napięcie i prąd.Jeśli napięcie jest stałe, prąd również będzie stały (chyba że używasz reostatu).220 V to wartość skuteczna napięcia;to nie jest stałe.
To również trywialne, aby zobaczyć je w fluorescencjach.(Nie tylko tanie diody LED)
Od czasu do czasu dostrzegam migotanie fluorescencyjnych świateł kątem oka.Więc nie jest tak, że nie można tego zobaczyć.Jest to po prostu bardzo trudne i zależy od takich czynników, jak stopień czujności, ilość innych świateł w pobliżu i szczegóły dotyczące konkretnego źródła światła.
@chrylis Jesteś pewien, że to nie są zamiast tego ściemnialne diody LED PWM niskiej częstotliwości?
@Dai Pozytywny.Zarówno lampki choinkowe (pierwsze kilka lat LED), jak i niektóre jednostki o stałej jasności.
Pięć odpowiedzi:
Chris
2018-02-28 13:37:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Z dwóch powodów:

  • Żarówka nie świeci (bezpośrednio), ponieważ przepływa przez nią prąd, ale dlatego, że jest gorąca .Nawet gdy moc przepływająca przez żarówkę spada, ostygnięcie żarnika zajmuje trochę czasu.Nawet po wyłączeniu żarówki może upłynąć trochę czasu (ułamek sekundy), zanim światło zgaśnie.
  • Różnice w świetle są zbyt szybkie, aby nasze oczy mogły je zobaczyć.

Możesz zobaczyć migotanie prądu zmiennego w filmach w zwolnionym tempie, jeśli kamera ma wystarczającą liczbę klatek na sekundę, na przykład ta.

IMHO fajnym analogiem byłoby pocieranie dłoni (dłoni) o siebie.Odczuwasz ciągłe ciepło, mimo że ruch i zmiany kierunku „aktywnych elementów” ulegają zmianie.
bardzo dobry link!
Kolejnym punktem, który moim zdaniem jest istotny, jest to, że związek między mocą elektryczną a luminancją nie jest liniowy, ani też związek między luminancją a postrzeganą jasnością nie jest liniowy.
Żarnik można traktować prawie jak kondensator (działający jako filtr dolnoprzepustowy) pod względem ciepła.Ciepło opuszcza włókno wykładniczo, tak jak ładunek wykładniczo opuszcza kondensator.
Jeśli chodzi o drugą kwestię, przysięgam, że widzę migotanie świetlówek.To prawie wywołuje ból głowy.
@Vaelus: To nie jest dokładne.Promieniowanie ciała doskonale czarnego jest proporcjonalne do 4. potęgi temperatury, a nie liniowe.Więc rozpad jest superwykładniczy.
Świetlówki @user2023861 posiadają mechanizmy regulujące przepływ prądu przez lampę.Dzięki tym mechanizmom, AFAIK, nie ma powodu, by sądzić, że jakiekolwiek migotanie jest * koniecznie * przy wartości 100-120 $ ~ \ rm Hz $, na której byłyby zwykłe żarówki.Starsi z pewnością mogą emitować słyszalny szum, który może być związany z wywoływaniem bólu głowy.
Machanie kijem przed (niektórymi) lampami LED (patrząc na odbite światło) ułatwia dostrzeżenie, że światło nie jest stałe.Spróbuj!
NightLightFighter
2018-02-28 16:33:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mamy już świetne odpowiedzi, ale dodam do tego anegdotę:

Kiedyś bawiłem się kilkoma źródłami światła i aparatem naukowym.Cały eksperyment nie był przesadnie naukowy i miałem tylko jeden przykład każdego źródła światła, ale może on służyć jako punkt wyjścia.

Stwierdziłem, że:

  • Żarówka ma migotanie tylko około 5-10% całkowitej jasności.Wynika to z jego masy termicznej, która utrzymuje żarnik.

  • Rura fluorescencyjna wykazuje zmiany około 40% całkowitej jasności.Jego powłoka plazmowa i fluorescencyjna zachowuje pewną jasność, aż do uderzenia następnej fali prądu.

  • Tania dioda LED z wyprostowanym prądem wejściowym, ale bez kondensatora, który mógłby wyrównać, naprawdę spada do zera.

Tanie lampki choinkowe LED migoczą z częstotliwością 60 Hz, więc używanie aparatu w telefonie, który nagrywa z prędkością 60 kl./s, może doprowadzić do powstania całkowicie czarnej choinki lub bardzo powoli włączać się i gasnąć.W te święta było fajnie przez kilka minut.
@JPhi1618 Zależy od częstotliwości sieci zasilającej, w wielu miejscach jest to 50 Hz.
_Rektyfikowana_ dioda LED (a także żarówka lub lampa fluorescencyjna) będzie faktycznie migotać przy 100/120 Hz, prawda?
@leftaroundabout Tylko jeśli producent miał dodatkowe 3 centy do wydania na prostownik mostkowy (4 diody) zamiast 1 diody.
@jpa ... lub 0 diod, innych niż same diody LED ... Poważnie, byłoby to absurdalne, ponieważ nawet jeśli zawierają tylko jeden rezystor jako „źródło prądu stałego”, używając go bezpośrednio przy 230 V (lub120 V przy wyższym prądzie) wymagałby rezystora mocy, który byłby droższy niż składniki aktywne potrzebne do wykonania tego _poprawnie_.
@leftaroundabout, jeśli dioda LED rzeczywiście ma w pełni wyprostowany zasilacz (którego w moim przypadku nie pamiętam w tej chwili) będzie migotać z dwukrotnie większą częstotliwością niż zastosowane źródło zasilania.Ale to nie wpłynie znacząco na zjawisko opisane przez JPhi1618.Migotanie diody LED 120 Hz, zarejestrowane przy ~ 60 Hz (z odpowiednio krótkim czasem otwarcia migawki) będzie zanikać i zanikać dwa razy szybciej niż migotanie 60 Hz.Ale to nadal będzie arbitralnie powolne, jeśli częstotliwość klatek wideo zbliża się do * dokładnej * połowy częstotliwości migotania.
oerkelens
2018-02-28 17:15:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jako dodatek do odpowiedzi Chris'a

intensywność zmienia się , ale zmienia się bardzo szybko i nie zawsze tyle

Zmiana wystarczy, aby była wymierna i pod pewnymi względami może być naprawdę przydatna.

W czasach gramofonu (dużych czarnych płyt, które były używane do odtwarzania muzyki przed CD), niektóre gramofony można było dostroić tak, aby obracały się z odpowiednią prędkością i można było je przełączać na 33 lub 45rpm.Aby precyzyjnie wyregulować prędkość, podstawa gramofonu miała na sobie wzór, który wydawał się stać nieruchomo, gdy stół obracał się z odpowiednią prędkością.Często były 4 wzory, po jednym dla 33 i 45 obrotów na minutę dla sieci elektrycznych 50 Hz i 60 Hz.

Ten youtube pokazuje, jak to działa, używając małego światła obok gramofonu, ale wzory były pierwotnie przeznaczone do użytku z normalnymi żarówkami - i zadziałało.

Ta witryna zawiera nieco więcej wyjaśnień.

Bardzo interesujące!Mój tata miał gramofon z małymi paskami, ale w tym przypadku napędzał serwomechanizm, który prawdopodobnie próbował utrzymać stałą średnią jasność / ciemność.
_Gramofon_?To na pewno coś, co było również stosowane w wielu mniej przestarzałych, tj. Elektronicznych gramofonach.Generalnie jednak z diodą LED, a nie żarówką, ponieważ migocze znacznie silniej.
Słynny (dla nas starszych muzyków) tuner StroboConn również stosował tę metodę.
queezz
2018-02-28 13:34:17 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Update. Podsumowując dobre komentarze do mojej odpowiedzi.

Bardzo dobrze sformułowana odpowiedź @Chris i niektóre liczby ze świata rzeczywistego autorstwa @NightLightFighter bardzo dobrze pokrywają się z fizyką pytania. Oto kilka jego aspektów.

Time factor.

Częstotliwość prądu przemiennego wynosi 50-60 Hz, stąd częstotliwość prądu jest dwukrotnie większa. Jak mówi Chris, żarnik żarówki jest podgrzewany prądem elektrycznym i emituje światło tak, jak robi to każde rozgrzane ciało.

Intensity factor.

Gdy moc jest minimalna, żarnik schładza się głównie przez promieniowanie (przewodność cieplna żarnika nie jest zbyt dobra, a konwekcja nie jest zbyt skuteczna, zwłaszcza ze względu na szklaną osłonę ochronną). Charakterystyczny czas tego stygnięcia jest znacznie wolniejszy w porównaniu z okresem zasilania elektrycznego, więc zmiana temperatury żarnika nie jest zbyt duża i powoduje jedynie niewielką zmianę natężenia promieniowania. Według @NightLightFighter to tylko

~ 5-10% całkowitej jasności.

Świetlówka.

Jeszcze raz dzięki @NightLightFighter

Rura fluorescencyjna wykazuje zmiany około 40% całkowitej jasności

Biologiczny czynnik.

nie widzimy oczami, widzimy mózgiem

Ludzkie widzenie to złożony system i jeszcze nie wszystko jest na jego temat znane. Jednak możliwości naszego widzenia są dobrze zbadane, a właściwa odpowiedź na to pytanie jest taka, że ​​nie są one wystarczająco dobre, aby zobaczyć migotanie światła żarówki (w większości przypadków). W badaniu opublikowanym w Nature, Scientific Reports, 2013 stwierdzono, że ludzie mogą wykryć pewne zmiany w wyświetlanym obrazie na monitorze, które są przestrzennie jednolite z progiem modulacji wynoszącym około 63 Hz. I dla obrazów z ostrymi przestrzennymi krawędziami nawet do 500 Hz!

Zakładam, że można bezpiecznie myśleć o żarówce jako o „przestrzennie jednolitym” obrazie. Spekuluje się, że zmiany natężenia światła są znacznie mniejsze w porównaniu ze średnią wartością i następują z częstotliwością ~ 100-120 Hz, czyli większą niż nasze możliwości, jak wynika z cytowanych badań.

W przypadku świetlówki zmiany natężenia światła są znacznie większe i można przypuszczać, że ten przypadek jest bliższy obrazom z „przestrzenną krawędzią” z badań. Dlatego próg wykrywalności mógłby być wyższy. Może to być powód, dla którego niektórzy ludzie mogą mieć bóle głowy przy takim oświetleniu.

Vision capabilities from https://www.nature.com/articles/srep07861

Częstotliwość błysków jest dwukrotnie większa niż częstotliwość zasilania.
To oczywiście prawda.I możemy rozróżnić zdarzenia wolniejsze niż około 30-40 ms, więc przy 100-120 Hz jest zdecydowanie za szybko.Istotna jest również różnica w jasności, która jest mniejsza w porównaniu do średniej jasności.Chris ładnie podsumował to wszystko.
Wręcz przeciwnie, istnieją badania, które [nawet w dobrych warunkach niektórzy ludzie mogą obserwować 500 Hz] (https://twitter.com/alt_kia/status/957289283840167937), a ja osobiście miałem silne bóle głowy spowodowane migotaniem szybszym niż 60 Hz.
To mogłoby być nawet pojedyncze fotony.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4960318/ Jednak częste doświadczenie z bardziej zwykłymi konfiguracjami mówi, że nasze oczy nie są tak szybkie.Dobry przykład - filmy.Nawet 24 klatki na sekundę wystarczą, aby „oszukać” oko.
Po prostu spojrzałem na papier.Ciekawy!Myślę, że żarówka mieści się w jednorodnej przestrzennie kategorii, więc ~ 63 Hz jest na granicy rozpoznania w tym badaniu.Mamy dwa razy większą częstotliwość.
@queezz: nie widzimy naszymi oczami, widzimy naszymi mózgami.Nasze oczy również nie działają z określoną liczbą klatek na sekundę.Różne komórki fotorecepcyjne (pręciki vs czopki), różne obszary oka i różne warunki oświetleniowe zmieniają zachowanie percepcji wzrokowej na różne sposoby.
@queezz Sztuczka z filmami polega na rozmyciu ruchu.
@whatsisname Jasne, biologia jest skomplikowana.Powiedziałbym, że widzenie jest złożonym systemem obejmującym oczy i mózg, a wszystkie zawarte w nim części mają pewien czas fizycznej reakcji na bodźce.Jednak aby rozwiązać niektóre problemy, musimy wprowadzić pewne uproszczenia, aby uwzględnić najważniejsze parametry.Jeśli to zrobimy, możemy przypisać pewną liczbę klatek na sekundę do działania naszego ciała.W każdym razie, to sięga teraz znacznie głębiej w biologię.
@queezz: Jeśli chcesz rozwiązać jakieś problemy, musisz wybrać model, który jest w miarę dokładny w domenie, w której występuje Twój problem.Przypisywanie liczby klatek na sekundę do naszych oczu nie jest wystarczająco dokładne.
@whatsisname Dlaczego nie?Jak pokazano w badaniu cytowanym przez chrylis, https://www.nature.com/articles/srep07861, ludzie mogą wykrywać zmiany w „jednolitych” obiektach o granicy częstotliwości około 63 Hz.Żarowa lampa wydaje się należeć do tego „jednolitego” typu.
Żarówki @queezz * nie * należą do kategorii „mundury przestrzenne”.W artykule o przyrodzie, który przytoczyłeś w swojej odpowiedzi, streszczenie odnosi się do migotania diod LED, które jest obserwowalne z bardzo dużą szybkością z powodu sakkad obserwatora (szybki ruch oczu).Jeśli znajdujesz się kilka metrów od żarówki, jest ona prawie „punktowa” (jak dioda LED), czyli tak daleko, jak to tylko możliwe, od „jednolitej przestrzennie”.Ale mimo to nie zobaczysz migotania, ponieważ ciągła modulacja jasności w zakresie +/- 5% nie jest łatwa do zauważenia - szczególnie biorąc pod uwagę nasze logarytmiczne postrzeganie jasności.
@NightLightFighter Twój argument jest atrakcyjny.Filament prawdopodobnie jest podobny.Jest też bardzo jasny, bliższy nasyceniu.Widzimy również światło otoczenia, odbicia i załamania.A to światło jest jednolite, jego jasność jest łatwiejsza do oceny.
Acccumulation
2018-03-02 01:57:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

To bardziej kwestia biologii niż fizyki. Żarówki migoczą, po prostu nie możemy tego wykryć. Ludzki system wzrokowy wymaga pewnego czasu na „odświeżenie”; zmiany intensywności w tym okresie są uśredniane. Na przykład przy dużych prędkościach łopatki wentylatora staną się częściowo przezroczyste, a obiekty za nimi staną się po prostu nieco mniej wyraźne, zamiast migotać.

Jako przykład, jest coś, co nazywa się prawem Blocha. „Zasadniczo jest to jedno z niewielu praw dotyczących percepcji” - mówi profesor Thomas Busey, zastępca kierownika wydziału na Wydziale Nauk o Psychologii i Mózgu Uniwersytetu Indiana. Mówi, że istnieje kompromis między intensywnością a czasem trwania w błysku światła trwającym krócej niż 100 ms. Możesz mieć nanosekundę niesamowicie jasnego światła, które będzie wyglądać tak samo, jak jedna dziesiąta sekundy słabego światła. „Ogólnie rzecz biorąc, ludzie nie potrafią rozróżnić krótkich, jasnych i długich, słabych bodźców w ciągu jednej dziesiątej sekundy” - mówi. To trochę tak, jak związek między czasem otwarcia migawki a przysłoną w aparacie: wpuszczając dużo światła przy szerokiej przysłonie i ustawiając krótki czas otwarcia migawki, Twoje zdjęcie będzie równie dobrze naświetlone, jak zrobione światło z wąską przysłoną i długim czasem otwarcia migawki.

https://www.pcgamer.com/how-many-frames-per-second-can-the-human-eye-really-see/

Zwróć uwagę, że 100 milisekund = 1/10 sekundy = 10 herców. Standardowy prąd zmienny w USA wynosi 60 Hz dla napięcia, co oznacza, że ​​wynosi 120 Hz dla mocy (moc jest proporcjonalna do kwadratu napięcia, a więc cykle z podwójną częstotliwością). Oznacza to, że żarówka będzie migotać 12 razy szybciej niż wartość progowa. „Normalna” liczba klatek na sekundę dla wideo wynosi od 20 do 30 Hz (chociaż systemy high-end mogą mieć wyższą liczbę klatek na sekundę), ale prawdopodobnie nie zauważysz żadnego migotania podczas oglądania filmów.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...