Kodėl šviesos diodai tarnauja ilgiau nei lemputės?
Trumpas atsakymas: Šviesos diodai tarnauja ilgiau, nes jie skleidžia šviesą iš kieto puslaidininkio, o ne iš plono, karšto siūlelio, kuris gali perdegti. Jie efektyviau naudoja energiją, išskiria mažiau žalingos šilumos, o jų elektronika sukurta veikti tūkstančius valandų.
Paprasčiau tariant
Senovinės kaitrinės lemputės skleidžia šviesą kaitindamos ploną metalinį siūlelį, kol šis ima švytėti. Tas siūlelis labai įkaista, lėtai išgaruoja ir susilpnėja, todėl lemputė greitai nustoja veikti. Liuminescencinės lempos ir kai kurie kiti šviestuvai naudoja dujas arba elektrodus, kurie laikui bėgant susidėvi.
Šviesos diodai (LED) yra maži puslaidininkiniai lustai, kurie skleidžia šviesą, kai per juos praeina elektra. Jie neturi trapaus siūlelio, todėl nėra plono laido, kuris perdegtų. LED taip pat eikvoja mažiau energijos šilumos pavidalu, o jų korpusai pagaminti taip, kad šilumą nukreiptų nuo lusto.
Dėl šios priežasties LED šviesa lėtai pritemsta per daugelį valandų, o ne staiga perdega, todėl jie tarnauja daug ilgiau.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Įvardytas efektas/dėsnis: Elektroliuminescencija (šviesa iš puslaidininkio) ir Džaulio įkaitimas (I²R šilumos nuostoliai).
Kaip šviesos diodai skleidžia šviesą: Šviesos diode elektronai kerta puslaidininkio draustinį tarpą ir išskiria energiją fotonų pavidalu. Tai yra elektroliuminescencija. Nėra švytinčio laido, todėl vienas pagrindinių kaitrinių lempų gedimo būdų – kaitinimo siūlelio lūžis – šviesos dioduose neegzistuoja.
Kodėl šiluma svarbi: Elektros srovė sukuria šilumą (Džaulio įkaitimas). Šiluma pagreitina cheminius pokyčius ir medžiagų nusidėvėjimą šviesos diodo korpuso viduje ir valdiklio elektronikoje. Geri šviesos diodų dizainai nukreipia šilumą nuo lusto, kad sulėtintų šią žalą.
Vietoj staigaus sustojimo šviesos diodai lėtai praranda ryškumą; tarnavimo laikas dažnai matuojamas kaip laikas, per kurį pasiekiama apie 70 % pradinės šviesos (vadinama L70), nes jie pritemsta, o ne visiškai sugenda . Kiti gedimai: Valdymo įtaisas (elektroninė grandinė) arba sandarinimo medžiagos gali sugesti greičiau nei lustas, jei jos yra prastai suprojektuotos.
Kaip mes tai žinome: Inžinieriai atlieka pagreitintus senėjimo bandymus ir ilgalaikius lauko tyrimus, kad stebėtų šviesos srauto išlaikymą ir gedimų režimus. Standartai ir laboratoriniai bandymai lygina gaminius esant nustatytoms temperatūroms ir srovėms, siekiant numatyti jų tarnavimo laiką .
Kasdieniai pavyzdžiai
- Gatvių žibintai, kurie veikia daugelį metų ir nereikalauja daug priežiūros
- Telefonų ir žibintuvėlių LED lemputės, kurios veikia tūkstančius kartų
- Šviesoforai su LED lemputėmis, todėl lempučių nereikia dažnai keisti
- Automobilių galiniai žibintai arba priekiniai žibintai, kurie tarnauja daug ilgiau nei senesnės lemputės
Praktinis bandymas
Palyginkite LED ir kaitrinės lempos skleidžiamą šilumą
Sauga: Naudokite mažos galios lemputes, nelieskite karštų paviršių; prieš liesdami atjunkite ir leiskite atvėsti.
Priemonės
- LED lemputė (mažos galios)
- kaitrinė lemputė (mažos galios)
- kiekvienos lemputės lempa arba lizdas
- chronometras arba laikmatis
- termometras arba kruopštus bandymas rankos nugarėle
Žingsniai
- Įdėkite kiekvieną lemputę į atskirą lemputę arba lizdą ir padėkite juos ant nedegaus paviršiaus.
- Įjunkite kaitrinę ir LED lemputes vienu metu ir leiskite joms įjungti 60 sekundžių.
- Atidžiai patikrinkite temperatūrą: naudokite termometrą prie kiekvienos lemputės arba laikykite ranką kelių colių atstumu, kad pajustumėte šilumą (nelieskite lemputės tiesiogiai).
- Išjunkite abi ir atjunkite; palaukite, kol atvės, prieš judindami.
- Palyginkite, kuri lemputė buvo daug karštesnė, o kuri liko santykinai vėsi. Ką tai rodo: Kaitrinė lemputė išskiria daug daugiau šilumos nei LED, o tai padeda paaiškinti trumpesnį kaitrinės lemputės tarnavimo laiką.
Svarbūs žodžiai
- Elektroliuminescencija: kai puslaidininkis skleidžia šviesą, kai juo teka elektra.
- Puslaidininkis: medžiaga, kurios gebėjimą praleisti elektros srovę galima kontroliuoti; naudojama šviesos diodams ir lustams gaminti.
- Kaitinimo siūlas: plona metalinė viela kaitrinėje lemputėje, kuri šviečia įkaitusi.
- Liumenas: vienetas, matuojantis, kiek matomos šviesos šaltinis skleidžia.
- Džaulio kaitinimas: šiluma, susidaranti, kai elektros srovė teka per rezistorių arba medžiagą (dar vadinama I²R kaitinimu).
Trumpi klausimai
Ar šviesos diodai kada nors perdega?
Taip, bet paprastai jie lėtai pritemsta per daugelį tūkstančių valandų, o ne staiga perdega.
Kodėl šviesos diodai iš pradžių yra brangesni?
Jų gamyba kainuoja brangiau, bet jie sunaudoja mažiau energijos ir juos reikia rečiau keisti, todėl laikui bėgant jie dažnai sutaupo pinigų.
Ar šviesos diodas gali staiga nustoti veikti?
Kartais valdiklis arba elektronika gali staiga sugesti, bet pats šviesos diodo lustas paprastai sugenda lėtai, pritemdamas.