Opakovací otázky k maturitě pro předmět Elektrická zařízení

Opakovací otázky z elektrického světla.
(Ing. Jiří Hájek)
Opakovací otázky z Elektrického světla a Elektrického tepla k maturitní zkoušce pro žáky
oboru Zařízení silnoproudé elektrotechniky. Otázky jsou podrobněji rozvedeny za účelem
přesnějšího vymezení požadovaných znalostí. Uvedený rozsah požadovaných znalostí
odpovídá hodnocení výborně.
Určeno pro žáky výše uvedeného oboru k systematickému utřídění látky pro přípravu
k maturitní zkoušce.
1. Základní fyzikální poznatky o světle-Maxwellův vztah pro výpočet rychlosti světla
v daném prostředí z permitivity a permeability,Planckův zákon graficky i
v analytickém tvaru pro vyzařování absolutně černého tělesa (souvislost s Wienovým
posunovacím zákonem ,Raileigh-Jeansovým zákonem i Stefan-Boltzmannovým
zákonem),Planckův vztah pro určení energie fotonu, Einsteinova rovnice vnějšího
fotoefektu.Mechanismus vzniku spektra čárového a spojitého, hranolové spektrum.
2. Vznik elmag.záření látek-termoemise, luminiscence (fluorescence,
fosforescence;elektroluminiscence,katodoluminiscence,fotoluminiscence),výboje
v plynech-doutnavý,obloukový,jiskrový.Spektra látek-plyny,pevné látky a kapaliny;
čárová,pásová,spojitá; emisní, absorpční..Spektrum Slunce-barva.Spektrum
elmag.záření.
3. Základní fotometrické veličiny-poměrná spektrální citlivost normálního
fotometrického pozorovatele,množství světla,světelný tok-tzv. světelná účinnost
záření,mech. ekvivalent světla,poměrná svět. účinnost záření,měrný výkon,teplotní
závislost poměrné světelné účinnosti záření teplotních zdrojů,svítivost-definice
kandely,etalon,definice lumenu,světlení,jas svítící plochy-Lambertův zákon a
kosínové zářiče,osvětlení – vztah mezi E a I, teplota chromatičnosti.
4. Čáry svítivosti-fotometrická plocha svítivosti,čára svítivosti,polární souřadnice –
vztažný směr normály k hlavní vyzař. ploše, C-gama. Izokandely-sinusoidální
zobrazení. Graficko-početní Rousseauova metoda určení světelného toku.
5. Měření světla – vizuální fotometrie,fotometrická lavice, vizuální fotometr;fyzikální
fotometrie-vnitřní a vnější fotoelektrický jev,selénová fotonka,korekční
filtry,kuproxidové fotočlánky,křemíkové fotonky, fotoodpory, emisní fotonky,
fotonásobiče, goniofotometr, Ulbrichtova koule, luxmetry – korekční filtry,
kosínusové nástavce.
6. Světelné zdroje – druhy ( přírodní, umělé, prvotní = vlastní, druhotné = nevlastní), el.
zdroje – teplotní, jejich spektrum; výbojové – dle žhavení elektrod (studené, trvale
žhavené, žhavené jen pro zápal),dle náplně (plyn,páry kovů),dle tlaku(nízkotlaké,
střední tlak, vysokotlaké),jejich spektrum,doutnavý a obloukový výboj-jejich
charakteristiky,stabilizace, rozptylové trafo pro zvýšení napětí;luminiscenční –
Stokesův zákon,jejich spektrum,materiály luminoforů; lasery. Ukazatelé kvality
světelných zdrojů – vyzař. svět. tok; měrný svět. výkon zdroje; délka života;
chromatičnost; stabilita svět. toku; rozdělení svět. toku do prostoru; provozní
vlastnosti – závislost svět.toku i doby života na napětí ( grafické vyjádření doby života
pro žárovky a zářivky a svět. toku pro žárovky, zářivky, halogen. žárovky a ntl.Na
výbojky), na teplotě okolí; rychlost ustálení jmen. parametrů po zapálení; rozměry;
náklady pořizovací a provozní.
7. Žárovky - detailní popis konstrukce ( vlákno,držáky,vývody-průchodky) včetně
používaných materiálů, vliv plynné náplně(jednotlivé složky směsi a jejich vliv),
druhy žárovek a jejich parametry – vakuové, plněné plynem, promítací a fotografické,
způsoby snižování jasu ( matování) , patice. Souhrnná energetická bilance, měrný
svět. výkon.Výhody žárovek oproti jiným zdrojům – trendy ( anti-Stokesovy
luminofory či reflexivní vrstvy). Halogenové žárovky – popis vratné termochemické
reakce, konstrukční provedení-lineární či jednopaticové, s reflektory a malými
vyzařovacími úhly, se studenými reflektory ( IR ). Světelně-energetické parametry.
Provozní požadavky.
8. Zářivky – charakteristika z hlediska výbojových zdrojů, bilance přeměny energie na
záření a světlo, vliv luminoforu – chem. složení včetně aktivátorů, konstrukce
elektrod, popis funkce složek náplně.Provozní vlastnosti – pokles svět. toku, graficky
závislost na teplotě okolí – spec.provedení venkovní. Spektrum . Stroboskopický jev –
odstranění. Zapalování výboje – popis zapojení a detailní vysvětlení funkce, zářivky
pro okamžitý zápal. Kompaktní zářivky s elektronickými předřadníky – parametry,
výhody oproti klasickým.Světelně-energetické parametry.
9. Rtuťové vysokotlaké výbojky – detailní schéma s popisem konstrukce včetně
použitého materiálu a provozně-technických parametrů, spektrum, značení, provozní
vlastnosti. Výhody ( svět. tok ) a nevýhody ( podání barev ) –užití. RVU a RVK –
popis a užití.Světelně – technické parametry. Halogenidové výbojky – popis
konstrukce a složení par hořáku, proces štěpení halogenidů, tlaky složek. Zapalovače –
druhy, napětí. Provozní teploty, užití - druhy RVI, RVID, RVIL . Svět.tech.parametry.
10. Nízkotlaké sodíkové výbojky – popis konstrukce a složení i tlaku par, spektrum - užití,
způsoby zapalování, provedení-lineární či jednopaticové , značení Phillips. Svět.-tech.
parametry. Vysokotlaké sodíkové výbojky – popis konstrukce – materiál hořáku (
teploty ), plynná náplň – vliv na zápalné napětí, getr ve vnější baňce.Zapalovací
napětí, pracovní teploty, vliv kolísání napětí i zvýšení provozní teploty. Značení SHC
a SHL. Svět.-tech.parametry.
11. Xenonové výbojky – tlak plynu, fyzikálně-světelné vlastnosti ( ionizace, spektrum),
provedení včetně materiálu baňky, chlazení. Svět.-tech. parametry včetně jas usrovnání s obyč. žárovkou, zářivkou a Sluncem. Užití. Svítící trubice - konstrukční
uspořádání, charakteristika výboje, plynná náplň, potřebné napětí, zapalování a
závislost zapal. napětí na teplotě, měrný výkon, doba života,užití. Doutnavky –
kontrukce, charakteristika výbojky, zápalné napětí, výkon, proud. Svět. tok. Užití.
Elektrolumuniscenční zdroje – vysvětlení funkce, druhy luminoforu. Závislost jasu a
chromatičnosti na frekvenci a intenzitě el. pole.Svět. tech. parametry , užití.
Radioluminiscenční zdroje – druhy plynných zářičů, dasahovaný jas. Užití. Kvantové
generátory světla – fyzikální princip ( inverze obsazení hladin, stimulace) a jeho
realizace – principiální schéma, Fabry-Perotův rezonátor a interference vícenásobně
odražených vln. Vysvětlení mechanismu činnosti rubínového laseru na diagramu
energetických hladin. Lasery plynné – způsob čerpání, režim spojitého vyzařování,
výkony, monochromatičnost spektra. Lasery s tuhým prac. prostředím – konstrukční
provedení, impulsní režim, výkony, spektrum. Lasery kapalinové. Lasery
polovodičové – způsob čerpání energie při rekombinaci nositelů náboje v oblasti
PN přechodu a následné luminiscenci. Indukční výbojky – popis a funkce, výhody –
doba života, stabilita svět. toku. Nevýhody – filtry vf do sítě. Svět.-tech.parametry
zdrojů Phillips a Osram.
12. Svítidla – jako druh svět. přístrojů, jejich světelně činné části ( stínidla, reflektory ,
refraktory a čočky,difuzory , filtry), konstrokční části. Druhy svítidel dle svět. zdroje,
dle rozložení svět. toku, dle rozložení svítivosti, dle stupně clonění, dle ochrany před
nebezpečným dotykem, dle druhu krytí, dle upevnění a dle účelu.Světelná účinnost
svítidla – její definice, rozmezí obvyklých hodnot, na čem závisí, jak se určí.
Minimální hodnota pro venkovní prostory. Účinnost provozní a optická u teplotně
závislých zdrojů.
13. Osvětlování vnitřních prostorů – hodnocení kvality osvětlení dle kvantitativních (
osvětlenost rovinné plochy, jas) a kvalitativních parametrů ( oslnění, rozložení jasův
zorném poli, chromatičnost světla, barevnost prostředí, plastičnost prostředí, časové
změny osvětlení). Druhy osvětlení – dle využitého zdroje ( denní – “Denní osvětlení
budov”:boční, horní, kombinované,sekundární; srovnávací osvětlenost venkovní
nezacloněné roviny; umělé – “Umělé osvětlení vnitřních prostorů”; sdružené – 1/3),
dle zdroje proudu a provozního účelu ( normální – hlavní, pomocné, bezpečnostní;
poruchové – náhradní, nouzové )- požadavky na ně kladené; dle soustředění světla (
celkové, odstupňované, kombinované) – příklady správného použití; dle rozložení
svět. toku ( přímé, převážně přímé, smíšené, převážně nepřímé, nepřímé) – výhody a
nevýhody jednotlivých typů, příklady užití, obecná pravidla pro volbu druhu osvětlení
dle druhu vnitřních prostor a souvislost s hospodárností,rovnoměrností osvětlení,
oslněním.
14. Zásady správného osvětlování vnitřních prostor – úkoly osvětlování, cesty jejich
plnění : potřebné hladiny E či L ( minimální hladina osvětlenosti v každém vnitřním
prostoru, minimální osvětlenost v pracovních prostorech, optimální osvětlenost
pracovišť, kategorie osvětlení- místně průměrná a časově minimální hladina
osvětlení,udržovací činitel a jeho složky);rozložení jasů a rovnoměrnost osvětlení
v zorném poli ( kontrast jasů ovlivňujeme činiteli odrazu a barevnou úpravou, činitel
rovnoměrnost osvětlení); oslnění – druhy a příčiny; jakost podání barev – vliv
chromatičnosti zdroje ( teploty chromatičnosti )- pravidla užití zdrojů; směrovost a
stínivost; stálost osvětlení; hospodárnost osvětlení.
15. Výběr zdrojů, volba svítidel a jejich rozmístění (vnitřní prostory) – obecná pravidla
výběru a volby. Rozmístění svítidel celkového osvětlení : žárovkové ( výbojkové ) –
obdélníkové( čtvercové – určení strany r z výšky h pro minimální měrný příkon a
minimální světelný tok včetně vzdálenosti krajních řad ) a šachovnicové; zářivkové –
vzdálenost mezi řadami i mezi svítidly v řadě. Používané druhy osvětlení, tříděné dle
rozložení světelného toku do horního a dolního poloprostoru, pro obvyklé a pro tzv.
vysoké prostory. Osvětlování bytů - celkové osvětlení dle Svět.zdrav.organizace s
místním přisvětlením, Epk pro náročnější a velmi náročné práce –kombinované
osvětlení. Barevná úprava prostředí. Osvětlování škol – zraková zátěž : snižování
kontrastu jasů přisvětlením, výpočet poměru osvětlení tabule a papíru při známých
činitelích odrazu a přípustném kontrastu jasu. Epk pro celkové osvětlení v lavicích,
popř. v kreslírnách.
16. Osvětlování venkovních prostorů – úroveň denního osvětlení, požadavky v podobě Epk
srovnávací roviny ( vyjímka na sportovištích a pěších zónách ), Lpk na komunikacích
s motorovou dopravou, rovnoměrnost, oslnění, stínivost a směrovost, chromatičnost –
index podání barev,hospodárnost. Druhy osvětlovacích soustav dle použitého
svět.přístroje a dle soustředění svět.přístrojů ( decentralizované –rozvržení plošné,
lineární ; centralizované)-výhody a nevýhody jednotlivých typů. Volba zdrojů a výběr
svítidel – výhody a nevýhody jednotlivých druhů zdrojů , svítidla otevřená a uzavřená.
17. Osvětlování komunikací – obecné požadavky ( adaptační jas, kontrast jasu nebo barev
a jeho závislost na osvětlenosti, rovnoměrnost ), kriteria hodnocení jakosti osvětlení
pro vozovky a pro chodníky ( Lpk a Epk, udržovací činitel, celková a podélná
rovnoměrnost, stupeň osvětlení I – VI,popř. I-IV,metodika určení Lp pro řidiče –
místně průměrná a časově střední hodnota jasu povrchu vozovky u stupně osvětlení I,
souvislost L a E , příklad praktické rozlišitelnosti překážky při rovnoměrnosti 1:2,5;
chodníky komunikací, zastávky MHD a přechody pro chodce - Ep , popř. u zastávek i
nerovnoměrnost). Výběr zdroje a volba svítidla – užívané druhy zdrojů, stožáry,
převěsy, výložníky.Obvyklá uspořádání osvětlovacích soustav
komunikací.Osvětlování křižovatek – paprsek, větev,stupeň osvětlení komunikace;
významné křižovatky;obvyklá uspořádání světelných míst. Osvětlování přechodů pro
chodce –negativní a pozitivní kontrast. Napájení,provoz,údržba – včetně jištění,
prohlídky. Osvětlování venkovních prostranství – typy osvětlovacích soustav, úhly pro
světlomety, veličiny pro hodncení kvality osvětlenosti – Epk a Emin : Ep. CIF pro
městské plochy – střední poloválcová osvětlenost. Televizní přenosy - Epk horizontální
a vertikální roviny, podání barev, teplota chromatičnosti zdroje.
18. Výpočet parametrů osvětlovacích soustav – metoda měrného příkonu : její
charakterizace, konkrétní použití pro vnitřní i venkovní prostory – vzorec, parametry
tabulek; toková metoda : vzorce pro vnitřní a venkovní prostory včetně podrobného
popisu používaných činitelů využití, udržovacích činitelů,světelné účinnosti svítidel,
světelné účinnosti osvětlovaného prostoru, Kruithofovy křivky, b-h křivky. Aplikace
tokové metody pro výpočet průměrného jasu vozovky. Bodová metoda – její
charakteristika, rozdělení zdrojů dle rozměrů ( bodové, přímkové, plošné ), výpočet
osvětlenosti rovinné plochy v poli bodového zdroje – užití při návrhu venkovního
osvětlení či kontrole rovnoměrnosti osvětlení vnitřního prostoru: metody kontroly
rovnoměrnosti osvětlení plochy –osvětlení bodů srovnávací roviny, srovnávací
přímky, sestrojením izoluxních křivek.