15 декември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Диодното слънце

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 02 октомври 2015 в 13:2387792
Light-emitting diode (LED). Снимка: Wikipedia

Последните няколко десетилетия могат да се обединят под знака на търсенето на начини за икономия на енергия. В това число и на все по-икономични източници на светлина. Домакинствата, за да вържат семейния бюджет при нарастващите цени на електроенергията се оглеждат за начини, да намалят сметките за ток. Общините също, а правителствата на страните, в които освен за далавера се мисли и за други работи търсят начини за намаляване на замърсяванията на околната среда. Съществен начин естествено е икономията на всякакъв вид енергия, като осветлението има голям дял.

Когато учехме за различните средства за осветление, често си мислех, дали може да се направят луминесцентни лампи, които да са удобни за бита – знае се, КПД на лампите с нажежаема жичка е едва 5%, т.е. 95% се превръщат в топлина. С развитието на електрониката стана възможно управлението на луминесцентната лампа стана възможно да бъде вкарано в малък корпус и тя да се използва на мястото на обикновена крушка. Това бе революцията в битовото (а и не само) осветление. На мястото на 100 ватовата крушка светна двадесет ватова красавица. 80 процента икономия! Вярно, по-скъпа, но с в пъти по-дълъг живот.

Съответно енергийните монополисти се притесниха за печалбите си. Започнаха да се публикуват какви ли не небивалици, как по-икономичните крушки щели да доведат до преразход на ток, защото хората щели да слагат повече... След като тия глупости не хванаха дикиш дойде класическият трик – заплахата. Новите лампи се оказаха вредни, опасни и т.н.

Вярно, електрониката на крушката има някакво лъчение, но то е съвсем слабо, а знаем, потокът енергия на единица площ е обратно пропорционален на квадрата на разстоянието до източника. Така, че на 1-2 метра от крушката и без това слабото електромагнитно поле става нищожно. Друго притеснение е излъчването на ултравиолетови лъчи. Принципно стъклото спира ултравиолетовите лъчи, като пропуска минимален процент меки УВ-лъчи. За това и бяха произведени лампи с двойно стъкло, които на практика спират всеки ултравиолетов лъч. Но ако имате абажур, и с обикновена луминесцентна крушка няма от какво да се притеснявате. (И да нямате, пак няма основание за притеснение). На практика, луминесцентна крушка от утвърден производител не представлява опасност за здравето. Единствено, при счупване могат да се отделят минимално количество живачни пари, което вече е недостатък, макар че количеството е малко и само проветряване е достатъчно да реши проблема.
Обаче остава въпроса за качеството на светлината.

Ето спектъра на луминисцентна лампа, с „топла“ светлина – такава, която се води най-близка до слънчевата:
Схема: wikimedia.org

и да сравним със спектъра на самото слънце:

Схема: wikimedia.org

Виждаме, че наистина спектрите са доста близки, но има какво да се желае, за приближаване на спектъра на лампите до естествения – слънчев.

За сравнение да видим и спектъра на класическата крушка с нажежаема жичка:

Схема: wikimedia.org

Вижда се, че той представлява гладка крива, с максимум в оранжевата светлина. Тоест, въпреки разпространените митове напоследък, луминесцентната лампа има спектър, по-близък до слънчевия, отколкото класическа крушка. Може би противоречието идва от това, че има различни видове луминесцентни лампи с различно светене („студени“ и прочие), при които спектърът значително се различава от слънчевия. Много от нас си спомнят, как през 70-те и 80-те години на миналия век много обществени сгради бяха осветени от луминесцентни тръби със „студена“ синкава светлина (други тогава нямаше), под които цветовете изглеждаха странно и определено натоварваха очите.

С две думи, луминесцентната крушка е удобна, икономична и с добра светлина. Но, апетитът идва с яденето. Не може ли още по-икономично?

Може! Възможност за това дават светодиодите. При тях загубите са минимални и много голям процент от използваната енергия се излъчва именно като светлина, като топлинните загуби са минимални. Вече с три вата можем да получим осветление, както от 60 ватова крушка с нажежаема жичка!

Естествено, енергийните монополисти се почустваха застрашени и от новата технология. Но какво да кажат, като новите лампи трудно могат да бъдат изкарани вредни? Появиха се статии, че предизвиквали много голямо светлинно замърсяване...(Астронавти са видели нещо обезпокоително в снимки от космоса).

Така, светлинното замърсяване принципно пречи на астрономите. ( Да не се бъркат с на астролозите, защото те не наблюдават звездите. Техните звездни карти са от преди 2000 години  и не се интересуват от реалното движение на небесните тела.) Но в големите градове принципно няма астрономически обсерватории. А там, където обсерваториите са близо до населено място или курорт, проблемът с изкуственото осветление си го има, независимо от източниците му. Да видим, на какви още съчинения ще станем свидетели. Но независимо от съпротивата на този и онзи, прогресът си върви, светодиодните лампи се усъвършенстват все повече.

Дълго време обаче, светодиодите бяха използвани само за индикаторни светлинки и за забавление – в домашна цветомузика и детски играчки. Имаше много проблеми, за да бъдат използвани за осветление. Единият проблем е, че дълго време мощността на светодиодите беше от порядъка на няколко миливата. С напредване на технологиите, вече има такива, които излъчват десетки ватове светлина.

Другият проблем при светещите диоди е, че те излъчват светлина в много тесен диапазон, почти монохроматична ( т.е. светлина със строго определена честота). Осветление с такава светлина пречи на разпознаването на цветовете, поврежда очите и може да доведе и до психически разтройства. Да бъдат накарани светодиодните лампи да светят в бяло (което както знаем е сбор от различни цветове) дълго време е било предизвикателство. Проблемът се решава основно по два начина.

Единият е да се съчетаят три светодиода с червена, синя и зелена светлина. Има и диоди, които излъчват едновременно две и повече дължини на вълната. Например има диоди от цинков селенид излъчват синя светлина от активната област и жълта от подложката.

Спектърът на такава лампа доста се различава от слънчевия, въпреки че дава бяла светлина.


Схема: wikimedia.org

Друг, по-добър подход е да се използват луминофори, по-точно фотолуминофори – вещества, които се възбуждат при поглъщане на светлина с определена честота и излъчват светлина с различна честота. При тях, диод излъчва светлина с висока честота – най-често в синята, или ултравиолетовата област и облъчва луминофори, които в резултат излъчват различни честоти. С подбиране на подходящи луминофори може резултатният спектър да се приближи доста до слънчевия.

На лявата графика виждаме спектър на светодиодна лампа от тоя тип, по-старо поколение. На дясната е спектър на лампа с от ново поколение, с различни луминофори, които увеличават излъчването в областта между 600 и 650 нанометра. (Източник: NLPIP)

Полупроводниковата техника продължава да се развива с немислими до преди няколко десетилетия темпове. Неща, които до скоро изглеждаха като фантастика, отдавна са реалност. Техниките за получаване на все по-качествени източници на светлина дават принос и при твърдотелните лазери ("Защо бе трудно да се направи лазер с бяла светлина"). Съответно, постиженията в тази област намират впоследствие приложение и в бита. Така че скоро можем да се радваме вкъщи на изкуствено осветление, неразличимо по качество от естественото.


Препоръчани материали
Божо 02.10 2015 в 18:46 2
+ 1
- 0
За сега ;)
поп Дръвчо 02.10 2015 в 17:24 1
+ 9
- 0
Много конспирация, много нещо. А спектрите - в различен мащаб за по-удобно.

Луминисцентните ламБи обективно са гадни - линийките в спектъра създават пръстени около светлите обекти на границата на фокусирането и разказват играта на механизма за проследяване на контури. Цветопредаването е скромно.

Евтините диоди имат същите проблеми. Има и хубави, ама отскоро. И струват едни пари и ефективността им е по-ниска от на калпазанските, поради което конструкторите на осветителни прибори не ги обичат. И като си хареса човек някой фенер и като го види как свети като на пернишки гоуф ксенона - ...

Ултравиолет излъчват поголовно всичките. На не-халогенните волфрамови лампи е най-малко ама те пък само с това се отличават.

Това с което волфрамовите (особено халогенните) ламБи удрят в земята всичко останало обаче е цветопредаването. И най-качествените диоди засега им отстъпват.
 
Още от : Въпроси
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.