נורות הלוגן
בפנסי הצלילה הראשונים השתמשו בנורות ליבון רגילות, נורות אלו סיפקו טמפרטורת צבע חמה, צבע צהבהב שלא התאים לשימוש בלילה או בצלילות מערות, הפתרון לכך נמצא בהפעלת נורות אלו ע"י מקור מתח גבוה יותר, נורות שיועדו לעבוד במתח של 12V הוזנו ממקור מתח של 14.4V כך שעוצמתן הייתה גבוהה יותר וכך גם טמפ' הצבע שלהן. הן יצרו אור בהיר יותר אולם במקביל טמפ' חוט הלהט של הנורה עלתה ואורך חייהן התקצר משמעותית. הדור הבא של הנורות היה נורות שמולאו בגז כאשר ההלוגן היה הנפוץ ביותר בעיקר מכיוון שיוצרו נורות הלוגן בהספקים גבוהים יותר מנורות קסנון וקריפטון. עם פיתוח נורת ההלוגן, כל יצרני פנסי הצלילה עברו לשימוש בנורה זו שהייתה יעילה בהרבה בשל עוצמת האור וטמפרטורת הצבע הגבוהים יותר ומכיוון שניתן היה למצוא אותה בהספקים גבוהים ובמחיר זול. נורות ההלוגן הנפוצות לפנסים ראשיים היו נורות 50W-100W , חומן הגיע לטמפרטורות גבוהות מאוד ולכן הפעלתן נעשתה רק בתוך המים בכדי לצנן אותן, הפעלת נורות אלו מחוץ למים גרמה לשריפתן וכן למקרים של שריפות ציוד כאשר הן הופעלו בטעות בתיקי הצלילה.
איור 2 - נורת הלוגן משולבת ברפלקטור ( סדרת MR )
נורות HID
טכנולוגית הארה בשיטת HID (High Intensity Discharge) החליפה את חוט הלהט בנורות בקפסולת גז. האור נובע מקשת חשמלית הנוצרת מפריקת זרם גבוה בין שני אלקטרודות צמודות אשר מבודדות בניהן בגז בתוך קפסולת זכוכית קוורץ אטומה. בכדי לייצר את הקשת החשמלית משתמשים ב"מתנע חשמלי" (בלאסט) אשר מספק עוצמת זרם גבוהה לשם יצירת הקשת כאשר בהמשך לאחר שהקשת נוצרה ניתן לשמר אותה בהספקי זרם נמוכים. עוצמת התאורה שמספקת נורת HID גדולה יותר מזו של נורת הלוגן רגילה תוך שימוש בהספק נמוך בהרבה, האור שמפיצה נורת HID דומה מאוד לאור יום לבן יותר. בכל נורות ה HID, האור מיוצר ע"י מעבר של זרם דרך אדי מתכת. אלקטרונים חופשיים מתנגשים באטומים של האדים ומאיצים את האלקטרון רגעית מחוץ למסלולו מסביב לאטום. כאשר האלקטרון שב למסלולו הוא פולט קרינה. אורך הגל של קרינה זו תלוי באזור האנרגיה של האלקטרון שהוזז ובסוג אדי המתכת שבתוך קפסולת הקשת.
לנורות ה HID מספר יתרונות על פני נורות הלוגן :
עוצמת תאורה גבוהה יותר - קיימות נורות HID של יצרנים שונים להם תכונות ועוצמות שונות אך ככלל נורות HID 18 Watt מספקות עוצמת תאורה המקבילה לנורות הלוגן 55W. נורות HID 10Watt מייצרות רק כ 500 lumens אך אודות לטמפרטורה אמיתית של כ 6000K עוצמת הבהירות נראית כמו בנורת 55W הלוגן. צריכת ההספק החשמלי של נורות ה HID נמוך פי שש עד שמונה מהצריכה של נורת להט.
אור בהיר יותר - טמפרטורת הצבע של נורות ה HID קרובה מאוד לזו של אור יום. לנורת להט רגילה יש טמפ' צבע של כ 2800K, לנורת הלוגן 3000K, לנורת ניאון 4100K ולאור יום 5800K. נורות HID מספקות בד"כ יותר מ 5000K ולכן גם במקרים שעוצמת התאורה של נורת HID תהיה שווה לזו של נורת הלוגן היא תפיק אור באורכי גל להם העין האנושית רגישה יותר ואשר יהיה בהיר וחזק יותר.
אורך חיים ארוך יותר - מכיוון שנורת HID אינה עובדת עם חוט להט אורך חייה גדול פי 3 עד 5 מזה של נורת הלוגן. בממוצע, נורת HID אמורה להחזיק מעמד ביותר מאלף הפעלות.
לנורות HID מספר חסרונות :
מחיר גבוה – עלות של נורת HID הינה 100$-250$ כאשר עלות של פנס HID הינה 500$-2000$ תלוי בעוצמת הנורה ובסוג הסוללה.
זמן הפעלה - לוקח להן בין 10 ל 30 שניות לייצר קשת חשמלית בעוצמה המרבית ובמידה ומכבים את הנורה יש להמתין מספר שניות לקירור הקשת בכדי שהיא תופעל שוב בעוצמה הדרושה.
הצורך במעגל אלקטרוני (בלאסט) שיספק מתח "התנעה" ליצירת הקשת החשמלית. מעגל זה מסרבל ותופס נפח בפנס. כמו כן אמינות המעגל האלקטרוני הינה עקב ה אכילס של פנסי ה HID.
תאורת LED
ה LED הינה דיודה פולטת אור - Light-Emitting Diode מוליך למחצה אשר יפלוט אור כאשר הוא בממתח קדמי. ה LED נחשף לראשונה בשנת 1962 והיה בעל אור אדום. מאז חשיפתו שימש ה LED רבות את תעשיית האלקטרוניקה כאשר עם ההתפתחות הטכנולוגית יוצרו LEDים במגוון צבעים בתחום הנראה וכן בתחום התת אדום והעל סגול. ה LED שימש בעיקר במקומות שאינם מחייבים עוצמת תאורה חזקה עד בראשית שנות ה 2000 קפצה טכנולוגיה זו מדרגה נוספת כאשר יוצרו LEDים בעלי עוצמת תאורה גבוהה דייה להוות תחליף לנורות הלהט הרגילות לשימוש בפנסי יד, פנסי רכב, תאורה ביתית וכלי טיס.
בשל אמינותו הגבוהה של רכיב ה LED הוא הולך תופס חלק גדול משוק אמצעי התאורה הביתית והתעשייתית רוב יצרני הנורות הגדולים בעולם הצהירו כי בעתיד הקרוב יתפוס הLED את מקומן של נורות הלהט והניאון בצורה מוחלטת. נכון לימים אלו, טכנולוגית ה LED ממשיכה להתפתח בכיוון של עוצמת תאורה ומחליפה בקצב גובר והולך גם את נורות ה hid בפנסי הצלילה המקצועיים יותר כמו גם את נורות הלהט וההלוגן בפנסים החסכוניים.
בין היתרונות של ה LED ניתן למנות :
עמידות מכנית למכות, זעזועים, בניגוד לנורות רגילות.
אורך חיים - בין 35,000 ל-50,000 שעות עבודה. לשם השוואה, אורך חיי מנורת פלורסנט הוא 10,000-15,000 שעות, ונורת להט רגילה הוא 2,500-4,500.
ה-LED אינו חדל מלפעול באופן חד ופתאומי כמו נורת להט, אלא מספק פחות ופחות אור לאורך זמן.
נצילות גבוהה.
התחממות גבוהה ביחס לגודלו אך אינה משמעותית במגע.
הזמן הדרוש להביא את ה־LED להארה יכול להגיע למיקרו שניות. לשם השוואה, לנורת הלוגן דרוש זמן של עשירית שנייה, ולנורת HID דרוש זמן של כ 15 שניות בממוצע.
בראשית שנות ה 2000 הופיעו בשוק הצלילה הספורטיבית פנסי הצלילה הראשונים המצויידים ב LED בתחילה הם הפיקו עוצמות תאורה נמוכות למדי אך עם צריכת מתח מזערית בהשוואה לנורות להט ואורך חיים גבוה פי חמישים, הם אומצו מהר מאד גם ע"י צוללים טכניים אשר עשו בהם שימוש כפנסי גיבוי. בשנים 2008- 2007 יצאו לשוק הפנסים הראשונים המצוידים בדיודות המפיקות אור בעוצמה שווה לזו של נורות HID W10 ה High power LEDs (HPLED) , LEDים אשר עובדים בזרם גבוה (עד 1 אמפר בהשוואה ל LEDים הרגילים שעומדים ב mA). ה HPLED מייצרים חום רב ולכן הם מותקנים על גבי משטחים בולעי חום שכן החום שהן מייצרים עלול לשרוף אותם תוך מס' שניות. ה HPLED פולט אור בעוצמה שיכולה להגיעה לאלפי לומן ! והפוטנציאל של LEDים אלה לשימוש בפנסי צלילה לא אחר לבוא ובשילוב עם רפלקטורים יעילים אשר הצליחו למקד את אלומת האור של ה LED ניתן כיום למצוא ראשי LED בהספקים ועוצמות תאורה קרובים מאד לאלו של נורות ה HID בעוצמות של W21 . הפיתוח המואץ של טכנולוגית ה LED מבטיח שביצועיה יאפילו בקרוב על אלו של נורות ה HID ודיודות ה LED יהפכו למקור אור סטנדרטי בפנסי הצלילה ובכלל.
סיכום:
שימוש בעדשות מרכזות
העובדה שאלומת האור שדיודות ה LED מייצרת מתפזרת באופן שונה מזו שמפיקות נורות ה hid , חייבה כאמור את יצרני הציוד למצוא תחליף יעיל לרפלקטרים הכדוריים והאובאליים כמו גם להתמודד עם בעיית פיזור החום שמפיקות דיודות הפועלות בהספקים גבוהים. אחת הדרכים המתבקשות היא שימוש בעדשות ״פרנל״. הפרנל (Fresnel) היא עדשה אופטית דקה מאוד הנפוצה כיום בתעשית התאורה, האופטיקה ותחומים רבים נוספים. היא נקראת כך על שם ממציאה, הפיזיקאי אוגוסטן ז'אן פרנל (1822) ופותחה במקור לשימוש במגדלורים. הפרשי הדרכים האופטיות בין הקרניים נוצרים בה על ידי יצירת חספוס מורכב ומדויק של פני שטחה וחלוקת העדשה לאזורים מעגליים להם מרכז משותף, ״אזורי פרנל״.
מבנה העדשה מאפשר מפתח אופטי (צוהר) גדול מאוד במרחק מיקוד קצר,
ללא המשקל והנפח הדרושים לכך בעדשות רגילות וביכולתה למקד בנוסף למקור האור הראשי גם את אלומות האור החוזר בבית הפנס. עובדת היותה דקה ביחס לעדשות הרגילות מסייעת גם היא בהעברה של כמות אור גבוהה יותר ולטווח ארוך יותר. את עדשת פנס הצלילה הראשי (ובכלל) מייצרים בהתאמה למיקום ומרחק נורת הלד ממרכז העדשה וכך מרכזים את קרני האור הנפלטות קדימה למקום אחד כמעט ללא פיזור נוסף. ע"י הסטה של הנורה קדימה או אחורה ניתן לשנות את מיקוד הפנס ובכך לקבל פנס דו שימושי המסוגל להפיק קרן במיקוד צר וקרן אור מפוזרת בזווית פתיחה גדולה המתאימה לצילומי וידאו.
פנסים פרק 11 בספר ״ציוד לעומק״ בהוצאת החטיבה הטכנית בההתאחדות הישראלית לצלילה.
מחבר שלומי פלניצקי
עריכה דן אשכנזי.
פרק 11 - פנסים
מתוך הספר ״ציוד לעומק״ בהוצאת ההתאחדות הישראלית לצלילה
מפורסם במלואו תוך התאמת התוכן לצפיה ברשת.
``
11.2 נורות
עד לא מזמן השתמשו בנורות הלוגן ולעיתים רחוקות גם בתאורה פלורוסנטית במרבית פנסי הצלילה, בשנים האחרונות הבשילו טכנולוגיות חדשות ונורות מסוגים חדשים נכנסו לשימוש בתחום תאורת הצלילה, נורות אלו מסוג HID ו LED החליפו כמעט לחלוטין את נורות ההלוגן בפנסים שיעודם צלילה טכנית בתחום הצלילה הספורטיבית משתמשים עדיין בנורות ההלוגן (בעיקר בשל מחירן הנמוך) אך גם שם נוגסים פנסי הלד נתחי שוק משמעותים.
המעבר לשימוש בטכנולוגיות חדישות אלו בפנסי צלילה טכנית נבע מיכולתן לספק עוצמת תאורה זהה להלוגן ואף גבוה יותר, איכות צבע גבוהה יותר (כזו שמזכירה תאורה טבעית) ובהספק נמוך המאריך את משך פעולתם. בעמודים הבאים נציג את הידע הנדרש להבנת מאפייני הפנס כפי שהם מפורסמים על ידי היצרנים אך ראשית ננסה לבאר מספר מונחים מקצועיים המתארים את תפוקותיהן של הנורות השונות.
מדידת עוצמת האור
טעות נפוצה בתיאור עוצמת התאורה של פנס היא השימוש בערכים של ואט (Watt , מסומן בקיצור באות W ) הואט הינו יחידת הספק חשמלי שהיא כמות האנרגיה החשמלית ליחידת זמן הנכנסת אליו ומומרת בו לצורות אחרות של אנרגיה. במקרה שלנו ( פנסים ) לאנרגיית אור. השימוש בואט לתיאור עוצמת תאורה יהיה נכון במידה ומעוניינים לתאר עוצמת תאורה של גוף תאורה מסויים בהספקים שונים , לדוגמה – נורת הלוגן שמתוכננת לעבוד בהספק של 100W עוצמת התאורה שלה תהיה כמעט פי 2 מנורת הלוגן שמתוכננת לעבוד בהספק של 50W , לעומת זאת נורת HID שמתוכננת לעבוד בהספק של 20W תספק תאורה בעוצמה שקרובה לנורת הלוגן 100W ולכן לא נכון יהיה להשוות את בין עוצמות תאורה של נורות שונות ע"י השימוש ביחידות הספק. כמובן שיש חשיבות להספק החשמלי של הפנס, אולם בכדי למדוד את עוצמתו נשתמש בערכים שונים המודדים את אנרגיית האור המופק מגוף התאורה. עוצמת האור נמדדת ביח' Lumen ו Lux . היחס שבין lumens (בהירות אפקטיבית) ל Watt הנקרא lm/w הוא שיקבע בסופו של דבר את יעילותו של מקור האור
(efficacy Luminous) ביחס לצריכת המתח. על היחס הזה נעמוד בקצרה בהמשך הפרק.
הספק חשמלי – ואט
במקרים רבים, הנתון הראשון לתיאור הפנס יהיה בואט – Watt , נתון זה אינו מעיד בצורה ישירה על עוצמת תאורת הפנס, אלה על ההספק שצורכת הנורה, הספק זה הינו קצב המרת האנרגיה של הנורה מאנרגיה חשמלית לאנרגית אור ( וגם חום )ומחושב ,כאשר E היא האנרגיה החשמלית הנצרכת ע"י הנורה בפרק זמן t . לכן למקור מתח מתכלה ( למשל סוללה ) ככל שהאנרגיה תהיה גדולה יותר הסוללה תגמר מהר יותר ומכיוון שאנו עוסקים באנרגית אור, ככל שהנורה חזקה יותר – מספקת עוצמת אור חזקה יותר היא צריכה מקור מתח גדול יותר או לחילופין מקור המתח שלה יאזל מהר יותר.אם כך מה הקשר בין עוצמת האור להספק הנורה? כאשר נתייחס לסוג מסוים של נורות, ככל שההספק יהיה גבוה יותר עוצמת התאורה תהיה גבוהה יותר למשל, נורת ה HID W21 תספק עוצמת תאורה כפולה מנורת HID W10 . ונורת הלוגן 100W תספק עוצמת תאורה כפולה מנורת הלוגן 50W אולם אותה נורת הלוגן 50W תספק עוצמת תאורה נמוכה בהרבה מנורת HID W21 וזאת מכיוון שנורות HID יעילות יותר, הן יספקו אנרגית אור חזקה יותר תוך שהן צורכות פחות זרם חשמלי ולכן ההספק שלהן בואט נמוך יותר. מכאן שבשימוש באותו מקור מתח הן יעבדו יותר זמן מנורות ההלוגן, ( ההספק מחושב גם כפונקציה של זרם ומתח)
ניתן להתייחס לעוצמת התאורה של הפנס ביחס להספק רק כאשר משווים בין אותן נורות ולא בהשוואה לסוגי נורות שונים. אולם אם נרצה להתייחס לעוצמת התאורה של פנס באופן אבסולוטי נשתמש ביחידות Lumen בכדי לתאר את עוצמת האור, ב lux בכדי לתאר את עוצמת האור האפקטיבית ( זו לוקחת בחשבון את זוית האלומה , מרחק האלומה ואיזור האובייקט המואר ) ובקלוין בכדי לתאר את טמפרטורת האור או בצורה מעשית יותר את בהירות האור ביחס לאור השמש.
Lumen
Lumen או "luminous flux" היא יחידת מדידה (Lm) לכמות האור הנובעת ממקור נתון ומייצגת את סך האור הנובע מאותו המקור.
lux
lux היא יחידת מדידה (Lx) לעוצמת תאורה על פני שטח. ההבדל בין Lumen ל lux הוא בכך שבעוד Lumen מודד את האור שמפיץ מקור האור, ה lux מודד את האור כפי שהוא מוקרן על תא שטח מסוים, כך ששטף (flux) של Lumen1,000 שמרוכזים בשטח של מטר מרובע יאירו שטח זה בעוצמה של lux1,000 . אולם אותם Lumen1,000 שיפוזרו על שטח של 10 מטר מרובע ייצרו עוצמת אור מופחתת של lux100. לאור האמור לעיל, למרחק של גוף התאורה מנקודת המדידה ולזווית אלומת האור יש משמעות בעוצמת התאורה הסופית שנקבל מהפנס שלנו בשימוש מתחת למים (וגם על פני הים).
זוית אלומת האור ומרחק ההארה
שני המשתנים המשפיעים על פיזור וכתוצאה מכך כמות האור שתפגע בשטח נתון (Lux) הם זוית האלומה Focus ומרחק השטח המואר ממקור האור :
איור 1 – האיור העליון מתאר מדידת Lumen ע"י "לכידת" כלל "חלקיקי" האור שמופקים מהגוף התאורה בעוד האיור התחתון מתאר מדידת Lux ע"י לכידת חלקיקי האור על שטח מסויים
איור 2 – מרחק המטרה ממקור האור
פנסים בעלי הספק זהה ב Lumens יכולים לספק רמות Lux שונות האחד מהשני בהתאם למרחקם מנקודת המדידה
איור 3 - Focus מיקוד אלומה
פנסים בעלי הספק זהה ב Lumens יכולים לספק רמות Lux שונות האחד מהשני בהתאם לזוית מיקוד האלומה.
צבע האור
טמפרטורת צבע האור הינו מאפיין של אור שנראה לעין ויש לו חשיבות רבה בתחום התאורה. צבע האור נקבע ע"פ אורך הגל ונמדד גם ב (Kelvin (K שהיא יחידה למדידת טמפרטורה.טמפרטורת צבע מעל K5,000 מכונות צבעים קרים כאשר טמפרטורות צבע נמוכות מ K3,000 מכונות צבעים חמים. באיור 4 מתוארות טמפרטורות הצבעים השונות והשוואה בין טמפרטורות הצבע החמה שמפיצה נורת הלוגן לעומת טמפרטורת הצבע הקרה שמפיצה נורת HID.מכיוון שטמפרטורות צבע קרות חודרות את המים בצורה טובה יותר נורות HID יעילות יותר לשימוש בצלילה מאשר נורות הלוגן. עובדה מעניינת היא שטמפ' הצבע של נורות HID אינו משתנה עם הגדלת הספק הנורה ולנורות בעלות הספק גבוה יותר עוצמת אור גדולה יותר בלומן.
איור 4 – תיאור טמפרטורת הצבע ביחס למקורות האור המוכרים לנו
נורות
הנורה החשמלית הבסיסית – נורת ליבון, (זו שהמצאתה מיוחסת לתומאס אלווה אדיסון) היא בעצם חוט להט אשר דרכו עובר זרם חשמלי. מכיוון שלכל מוליך חשמלי ישנה התנגדות למעבר הזרם, ההתנגדות זו באה לידי ביטוי באנרגיית חום ואנרגיית אור שמפיץ חוט הלהט. בכדי למנוע מחט הלהט להישרף התקינו אותו בתוך מיכל ואקום ( ללא אוויר המכיל חמצן שהוא התנאי לבערה ) כאשר השתמשו בבועת זכוכית שקופה בכדי לאפשר את הפצת האור. בהמשך גילו כי חוט הלהט היעיל ביותר לשימוש בנורות ליבון הינו הטונגסטן וכי שימוש בגז אציל ( בדר"כ ארגון או חנקן ) בבועה מאריך את חיי הנורה בצורה משמעותית. עם השנים התפתח תחום התאורה והצורך באמצעי תאורה שונים בעוצמות שונות הוביל ללא מעט חידושים. בתחום הצלילה, הנורה הנפוצה ביותר היתה נורת ההלוגן, בעיקר בשל מחירה הנמוך , אולם הצורך בנורות חזקות יותר ובעלות צריכת הספק נמוך יותר הובילו את יצרני ציוד הצלילה לעשות שימוש בשני סוגים נוספים של אמצעי תאורה, ה HID וה LED . אמצעי תאורה אלו שונים מאוד מנורת הלהט הבסיסית המתוארת לעיל ובחלק זה של הפרק נסקור את המבנה, עקרון הפעולה והיתרונות/חסרונות של שלושת אמצעי התאורה הנ"ל
< 11.1 תיאור כללי 11.2 נורות ורפלקטורים 11.3 סוללות 11.4 פנס ראשי 11.5 פנס גיבוי 11.6 תצורת נשיאה >