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